摘 要
EPS是一種依靠電動機產生助力的系統，本文介紹了美國一家公司研發的以高性能微處理器PIC18F4431單片機為核心等的電動助力轉向電子控制單元，為提高驅動的速度和精確度，採用智能直流電機控制晶片從而驅動電路中的MOSFET管，而且通過單片機串口與PC機完成通信，經由LABVIEW編程進行顯示。
【關鍵詞】EPS 單片機設計 LABVIEW
1 前言
EPS即電動助力轉向系統，是由傳感器、電控單元和助力電機構成的，在電動機提供助力的條件下，電子控制單元能夠控制助力大小的轉向助力方式。該系統由於具有結構簡單、質量輕、容易維護等優點而成為汽車改變方向系統研究和發展的主要方向。
因為PIC18F4431具有工作的可靠度高、功能多樣、方便操作、功耗較小等優點而受到人們的關注，以它為核心的電動助力轉向控制單元的設計至關重要。
2 EPS系統發展現狀
20世紀末期，在日本和美國在某些型號車上首次成功採用EPS系統之後，歐洲市場的經濟型汽車也將EPS作為標配，經過三十多年的發展，該系統的技術已經逐步趨於完善，它的應用範圍也在向多種車型全面發展。
我國在21世紀出開始進行EPS系統的研發，不過因為國產汽車車型技術的實際情況和使用條件的限制，並不能與國外的EPS完全協調匹配。另一方面，EPS研發所獲取的相關核心技術資料相對缺乏，目前仍處於技術攻關階段。
3 EPS系統工作原理
EPS的硬體主要有傳感器、助力電機和電控單元組成，軟體部分包括控制策略和故障診斷與保護程序兩個內容。該系統的結構如圖1所示：
EPS系統工作原理：轉矩傳感器與轉軸相連接，當駕駛員對方向盤施加扭轉力矩的作用轉動方向盤時，通過傳感器將位移信號轉變為電信號，同時將其傳遞給ECU，此時，車速傳感器所測得的當前車速信號也傳輸至ECU。通過ECU內置控制作用對以上兩個信號的處理便可以確定理想的助力電流給電機，減速機構將力矩放大和司機的操作力矩共同作用克服阻力，使車輛轉向。
4 PIC18F4431單片機的設計
PIC18F4431單片機具有高性能PWM和A/D功能，是一種8位單片機，具有以下優勢：擁有以互補形式輸出的PWM模塊、灌電流和拉電流的峰值較高、採樣速度較快、功耗模式良好、振蕩器結構靈活等。以上的優勢方便了後續的結構設計和軟體設計。
4.1 電控單元的結構
PIC18F4431型單片機是ECU的核心控制部分，控制單元的組成如下圖所示，車載12V的蓄電池所供電量通過內部電源的轉換後保證其正常工作。當經過處理的傳感器信號到達單片機的對應埠時，單片機可以依據EPS的助力特性和正確算法分析所接收的數據，獲得理想助力電流的數值和方向，並產生PWM信號同時經過PIC18F4431輸出控制指令，信號在驅動電路和H橋的作用下控制直流電機的運轉。微處理器把電動機驅動電路上的傳感器正常工作時檢測到的實時工作電流依據內部的控制算法進行計算從而實現對電機的閉環控制。當EPS系統工作出現故障時，報警模式開啟在做出提示的同時斷開繼電器用人工助力代替電動助力模式。
4.2 直流電動機驅動控制電路
要滿足EPS系統高速、可靠性的要求，直流電機驅動控制電路需要有足夠的精度和速度實現對直流電動機轉速和輸出轉矩的控制。因此可以採用PWM控制模式控制H橋電路，直流電動機的驅動控制電路如圖3所示，它適合對可靠性要求較高的大功率、重載的場合。
5 LABVIEW顯示
採用LABVIEW的虛擬測試系統中的VISA庫來檢測系統的工作情況， 完成對電動助力轉向系統的串口數據通信的同時，全面顯示數據並完成監測。
6 結束語
分析研究EPS系統的工作原理和助力控制後，對EPS控制系統的硬體電路進行了設計並進行實驗分析，探索出低壓、低速、大電流直流電機的控制方法在汽車電動助力轉向系統中能夠滿足汽車助力效果的要求。
參考文獻
[1]季學武，陳奎元.動力轉向系統的發展與節能[J].世界汽車，1999.
[2]何道清.傳感器與傳感器技術[M].北京：科學出版社，2004.
[3]李謀.位置檢測與數顯技術[M].北京：機械工業出版社，1993.
作者單位
陝西國際商貿學院 陝西省咸陽市 712000
EPS是一種依靠電動機產生助力的系統，本文介紹了美國一家公司研發的以高性能微處理器PIC18F4431單片機為核心等的電動助力轉向電子控制單元，為提高驅動的速度和精確度，採用智能直流電機控制晶片從而驅動電路中的MOSFET管，而且通過單片機串口與PC機完成通信，經由LABVIEW編程進行顯示。
【關鍵詞】EPS 單片機設計 LABVIEW
1 前言
EPS即電動助力轉向系統，是由傳感器、電控單元和助力電機構成的，在電動機提供助力的條件下，電子控制單元能夠控制助力大小的轉向助力方式。該系統由於具有結構簡單、質量輕、容易維護等優點而成為汽車改變方向系統研究和發展的主要方向。
因為PIC18F4431具有工作的可靠度高、功能多樣、方便操作、功耗較小等優點而受到人們的關注，以它為核心的電動助力轉向控制單元的設計至關重要。
2 EPS系統發展現狀
20世紀末期，在日本和美國在某些型號車上首次成功採用EPS系統之後，歐洲市場的經濟型汽車也將EPS作為標配，經過三十多年的發展，該系統的技術已經逐步趨於完善，它的應用範圍也在向多種車型全面發展。
我國在21世紀出開始進行EPS系統的研發，不過因為國產汽車車型技術的實際情況和使用條件的限制，並不能與國外的EPS完全協調匹配。另一方面，EPS研發所獲取的相關核心技術資料相對缺乏，目前仍處於技術攻關階段。
3 EPS系統工作原理
EPS的硬體主要有傳感器、助力電機和電控單元組成，軟體部分包括控制策略和故障診斷與保護程序兩個內容。該系統的結構如圖1所示：
EPS系統工作原理：轉矩傳感器與轉軸相連接，當駕駛員對方向盤施加扭轉力矩的作用轉動方向盤時，通過傳感器將位移信號轉變為電信號，同時將其傳遞給ECU，此時，車速傳感器所測得的當前車速信號也傳輸至ECU。通過ECU內置控制作用對以上兩個信號的處理便可以確定理想的助力電流給電機，減速機構將力矩放大和司機的操作力矩共同作用克服阻力，使車輛轉向。
4 PIC18F4431單片機的設計
PIC18F4431單片機具有高性能PWM和A/D功能，是一種8位單片機，具有以下優勢：擁有以互補形式輸出的PWM模塊、灌電流和拉電流的峰值較高、採樣速度較快、功耗模式良好、振蕩器結構靈活等。以上的優勢方便了後續的結構設計和軟體設計。
4.1 電控單元的結構
PIC18F4431型單片機是ECU的核心控制部分，控制單元的組成如下圖所示，車載12V的蓄電池所供電量通過內部電源的轉換後保證其正常工作。當經過處理的傳感器信號到達單片機的對應埠時，單片機可以依據EPS的助力特性和正確算法分析所接收的數據，獲得理想助力電流的數值和方向，並產生PWM信號同時經過PIC18F4431輸出控制指令，信號在驅動電路和H橋的作用下控制直流電機的運轉。微處理器把電動機驅動電路上的傳感器正常工作時檢測到的實時工作電流依據內部的控制算法進行計算從而實現對電機的閉環控制。當EPS系統工作出現故障時，報警模式開啟在做出提示的同時斷開繼電器用人工助力代替電動助力模式。
4.2 直流電動機驅動控制電路
要滿足EPS系統高速、可靠性的要求，直流電機驅動控制電路需要有足夠的精度和速度實現對直流電動機轉速和輸出轉矩的控制。因此可以採用PWM控制模式控制H橋電路，直流電動機的驅動控制電路如圖3所示，它適合對可靠性要求較高的大功率、重載的場合。
5 LABVIEW顯示
採用LABVIEW的虛擬測試系統中的VISA庫來檢測系統的工作情況， 完成對電動助力轉向系統的串口數據通信的同時，全面顯示數據並完成監測。
6 結束語
分析研究EPS系統的工作原理和助力控制後，對EPS控制系統的硬體電路進行了設計並進行實驗分析，探索出低壓、低速、大電流直流電機的控制方法在汽車電動助力轉向系統中能夠滿足汽車助力效果的要求。
參考文獻
[1]季學武，陳奎元.動力轉向系統的發展與節能[J].世界汽車，1999.
[2]何道清.傳感器與傳感器技術[M].北京：科學出版社，2004.
[3]李謀.位置檢測與數顯技術[M].北京：機械工業出版社，1993.
作者單位
陝西國際商貿學院 陝西省咸陽市 712000
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