单片机控制下的汽车电动助力转向系统分析

令狐昌伟

摘要：汽车电动助力转向系统应用主要是发挥出直流电动机应用价值，能够为汽车转向系统提供有效的辅助动力。通过电子控制单元等重要硬件，对数字化信息进行集中采集，实现脉宽调制输出，然后依照相关指令要求对电动机基本运行情况进行实时监控，刺激机械传动装置实现助力转向。本文分析研究了单片机控制下的汽车电动助力转向系统。

关键词：单片机控制；汽车电动助力；转向系统

中图分类号：TP275 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）09-0003-02

随着我国社会经济与汽车工业技术全面发展，在现代化生活领域汽车与人们之间的关系联系更加紧密。为了保障汽车能够轻松转向，在高速行驶状态下不会产生较大的漂浮感，目前汽车工业发展中主要通过液压控制作为重要的动力转向系统。随着电子技术快速发展，人们开始改变传统的液压控制方式，通过电子控制进行替代，也促使电子控制式助力转向系统发展应用。

1 电动助力转向系统基本特点概述

电子转向系统是在机械转向柱中带有转向传动轴位置安装减速装置，然后通过应用各类电子设备来进行有效控制。对原有的纯机械式手动转向不会产生较大影响，在相应速度范围中还能有效补充相应转向动力。与传统液压控制转向系统应用相比，目前电动转向系统具有以下应用特点。转向作用力控制范围逐步变宽，电动转向系统根据车速变化情况对电动机助力进行控制，具有良好的转向灵活性。当车速较快时，能够确保电动机与离合器有效分离，电动机不会产生相应的辅助动力。电动转向系统在运行中实际能耗较低，占用体积较小，能够防止油路系统产生较大的能源消耗，对摩擦系数大小进行控制，避免产生较大噪声，在较高的温度环境下也能进行运转，这也是液压控制系统不具有的特性。在电子控制中，具有高精度、抗干扰能力强等特征，通过输出信号能够对误差进行调整，应用PID闭环系统能够通过软件编程实现[1]。

2 系统基本构成与运行原理分析

从图1所示中能够看出电动助力转向系统基本结构以及工作原理，在单片机控制下汽车电动助力转向系统能够在机械转向系统中增设信号检测、处理以及执行装置，具体组成部分有电子控制单元、电动机、传感器、离合器、电动电流传感器、扭矩传感器等。

目前车速传感器主要是应用电磁感应式，在车轮半轴、半轴套管等位置进行安装，能够对车辆基本行进速度进行控制。电流传感器的应用主要是对流经电机的电流进行测量。电子控制单元中通过传感器能够对车辆电流、扭矩、实时车速等相关信号进行收集，然后对信号采取集中处理措施，再对输出信号进行控制，通过离合器控制电机转动能够为转向部件提供推动力。其中减速机构应用主要是降速增扭。离合器在应用中具有较多作用，在手动和电动中能够有效切换，等到车速升高到固定值之后，需要断开离合器，通过手动转向。离合器能够起到良好的保护作用，当电路和电机发生故障之后，不会提供助力，等到车辆转向行驶过程中处于非常危险时，系统能够对故障进行检测，需要迅速断开离合器[2]。

EPS控制系统硬件基本构成从图2所示中能够看出，此电路主要是电动机驱动电路，电动机驱动信号对电路进行控制，电流对电路进行测量。电动机驱动电路主要是由FET桥式电路、驱动电路、驱动线路上电流传感器和继电器构成。从图3所示中能够看出，通过单片微机输出的控制信号，经过FET驱动发动，通过桥式电路控制电流流向，对控制电机正反转问题进行控制。电流传感器对电机电流进行检测，通过闭环反馈控制，能够确保电流电流与目标电流保持一致性，继电器开闭能够对电动助力转向系统控制板电路进行通断电[3]。

电动机驱动信号控制电路通过直流变电器能够将电流进行转变，解决单片机信号电路电压和驱动信号电路电压相互协调，在控制信号与FET驱动信号之间能够实现光电隔离器隔离，防止不同信号电路之间产生较大干扰。电流测量电路主要是由穿心電流传感器组成，需要对电流测量范围进行控制，对目标电流进行全面跟踪[4]。

3 软件功能和设计

应用软件能够根据车速以及方向盘基本扭矩为电动机稳定运转提供有效动力，电机助力大小需要进行控。在软件实际运行过程中，进入循环监控程序之后，定时对车速、方向盘扭矩、电机基本电流进行信号收集和处理。如果实际车速较大，超出50km/h时，此时方向盘基本扭矩较低，为了提高安全性，可以分离离合器，确保EPS系统能够稳定工作，不会断电。如果实际车速低于50km/h，根据车速为点击运行提供有效助力。实际助力大小主要是由电机电流大小进行控制，能够为电流提供充足动力。ECU通过模糊推理控制算法，能够计算输出控制电流，再根据电流传感器传回电流构成闭环控制，具体操作程序如图4所示。

根据方向盘的实时扭矩值进行判定，通过验证程序能够获取相关扭矩门限值。当方向盘逆时针转动时，电机应用时提供反向助力。当方向盘在顺时针转动中，电机运行中能够提供正向助力。从图3中能够看出电流方向能够促使电机正转，提供充足的正向动力。软件在无限循环结构中能够对控制系统进行循环监控，在实际监控中要及时对电力传感器、车速传感器、扭矩传感器相关数值进行采集，通过电流传感器检测能够确保电流值与目标电流值保持一致[5]。

4 结语

EPS系统开发能够改变汽车转向性能，能够降低方向盘扭矩，在长期研究中需要不断完善，在安全性、实时性、随动性基础上进行创新，确保系统商品化进程全面加快。

参考文献

[1]龚文资.基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架的设计[J].中国农机化，2011，（6）：118-121.

[2]陈楚云.单片机控制汽车信号灯模拟系统的设计与实现[J].中国现代教育装备，2012，（7）：34-35.

[3]肖红，王洪佩，高松，等.基于单片机控制的汽车自适应前照灯系统[J].制造业自动化，2011，（15）：125-129.

[4]陈林，郑振.单片机在汽车发动机测速系统的应用[J].无线互联科技，2014，（5）：59.

[5]郭宏亮，范青青，娄立民，等.基于单片机控制的汽车转向同步照明装置[J].制造业自动化，2009，（7）：121-123.