電動助力轉向EPS
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-10
電動助力轉向EPS的實例教程
概述
經緯恒潤自 2006 年成立 EPS 團隊以來，采用國際標準和先進技術，開發了針對低成本應用的匹配有刷電機的 EPS 和針對高端應用的匹配無刷電機的 EPS，產品類型包括分體式和 PowerPack 兩種類型，功率范圍涵蓋 220W 至 900W，支持的轉向系統類型包括管柱式 C-EPS、齒條式 R-EPS、雙小齒輪式 DP-EPS，現已給國內外多名主流廠商提供配套產品與服務。
汽車電動助力轉向系統研究
作者：張家港科技局 轉貼自：張家港科技信息網
成果簡介：
當前，隨著汽車行駛速度的提高，人們對其操縱性、舒適性、安全性等各項性能的要求也越來越高，以改善汽車操縱穩定性、安全性為主要目的，以汽車轉向為主要研究目標的橫向運動控制正成為一項重要研究內容。
對轉向系統的要求，主要可概括為轉向的靈敏性和操縱的輕便性，而這兩個要求是相互矛盾的。傳統的液壓助力轉向方式在選定參數，完成設計后，助力轉向系統的性能就確定了，不能再對其進行調節與控制。因此傳統液壓助力轉向系統協調轉向力與路感的關系較困難。
為克服這一缺點，日本、美國等近年來開發出了電動助力轉向系統(EPS)，以取代傳統的液壓動力轉向系統，并已應用在某些轎車上。EPS由電機提供助力，助力大小由電控單元(ECU)實時調節與控制，故為助力特性的設置提供了較高的自由度，改善了汽車的操縱穩定性。
主要優點
反應靈敏、迅速，轉向平穩、精確，路感良好；質量更輕、結構更緊湊，調整和檢測方便，不存在漏油問題；能減少發動機的燃油消耗；具有良好的低溫工作性能；轉向操縱力特性能滿足不同對象的需要,只需更換軟件即可自由地設計轉向操縱力特性；能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對轉向系的擾動，改善汽車的轉向特性，減輕汽車低速行駛時的轉向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉向穩定性，進而提高汽車的主動安全性。
研究目標及內容：
本電動助力轉向裝置裝車后，汽車轉向系的性能應滿足國家頒布的“汽車操縱穩定性標準”和其它行業有關標準的要求。
展開 概述
經緯恒潤自2006年成立EPS團隊以來，采用國際標準和技術，開發了針對低成本應用的匹配有刷電機的EPS和針對高端應用的匹配無刷電機的EPS，產品類型包括分體式和PowerPack兩種類型，功率范圍涵蓋20W至650W，支持的轉向系統類型包括管柱式CEPS、齒條式REPS、雙小齒輪式DPEPS，現已給國內外多名廠商提供配套產品與服務。
產品功能
? 隨速助力
? 主動回正
? 阻尼補償功能
? 摩擦補償功能
? 慣量補償功能
? 齒條端部保護功能
? 溫度保護
? 電機熱保護
? 高級補償功能
? 測風補償
? 中位補償
? 輔助駕駛/自動駕駛功能支持
? LKA
? SACC
? HWA
? TJA
? HWP
? TJP
? APA
產品優勢
? EPS產品系列全覆蓋
? 電機類型涵蓋有刷和無刷
? 產品結構包括分體和powerpack
? 功率范圍從220W至650W
? 提供支持L3/L4自動駕駛的冗余EPS產品
? 軟件采用標準AUTOSAR架構
? 支持集成第三方SWC，提供靈活的軟件方案
? 接口配置化，適用多種TAS傳感器類型
? 支持CAN/CANFD接口
? 支持Cybersecurity 硬件加密
? 產品開發滿足ISO 26262功能安全的產品開發流程
? 產品方案滿足ASIL-D的安全等級
配套客戶
展開 因本次仿真只是針對EPS系統的特性分析，所以將輸入扭矩信號設為恒扭矩。在電機助力的條件下，系統的瞬時響應有了很明顯的提高，由于車速的增加轉向阻力變小，小齒輪轉動阻力變小，系統調整到穩態時間縮短。從圖5可知系統有電動助力轉向時，系統響應很快，在0.1秒左右系統的響應就趨于穩定，表明了系統的良好的響應特性。
電動助力轉向采用PD控制策略，同普通的助力轉向相比較，據相關文獻，其具有震蕩不穩定性，而電動助力轉向系統下橫擺角輸出響應很快就趨于穩定。
EPS系統控制方式對汽車的瞬態響應有顯著的影響，PD控制方式的EPS系統抑制橫擺角速度的不規則波動，并使其迅速趨于穩態值，有利于改善汽車的瞬態響應品質，但系統的反應時間上有些延長。
由上圖可知，有電動助力轉向情況下，汽車的轉向系統中的小齒輪轉角響應很平穩，汽車橫擺角輸出響應相對于無電動助力轉向下汽車橫擺角輸出響應趨于穩定性比較明顯。
EPS系統的汽車，其轉向系統的固有頻率比普通的轉向系統的固有頻率小，接近于汽車橫擺角固有頻率，因此其在約0.05秒處出現一個較大的共振峰波，當駕駛員的操作頻率接近這個頻率范圍時，汽車的橫擺角速度對轉向盤轉角及其敏感，汽車很容易失去控制。提高EPS的固有頻率便于提高汽車的操縱穩定性。
展開 以電動助力轉向系統（EPS）為例， 車輛運行過程中， 方向盤扭矩轉角傳感器監測方向盤轉角及扭矩信息，輪速傳感器監測車輪轉速， 控制器（ECU）通過 CAN 總線實時獲取傳感器信號， 并根據特定邏輯實時處理信號，計算得到一個理想的助力力矩， 最后通過 MOSFET 控制電機，實現助力效果。
電動助力轉向系統（EPS）工作原理
汽車動力、底盤、車身、電氣四大系統中，絕大部分的電子控制具備類似的工作原理，從感知、控制到執行環節，半導體器件無處不在，包括感知系統的傳感器，控制環節的微控制器（MCU）、通信芯片（CAN/LIN 等）、模數轉換器（A/D），執行環節的功率器件（MOSFET、 IGBT、 DCDC）等。其中傳感器更是汽車的機會所在。
汽車傳感器可分為車輛感知、 環境感知兩大類。動力、底盤、車身及電子電氣系統中的傳感器屬于車輛感知范疇， ADAS 以及無人駕駛系統中引入的車載攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等屬于環境感知范疇。本文重點介紹車輛感知傳感器，環境感知傳感器將在后續專題中介紹。
按照工作原理，傳感器主要可分為 MEMS、磁、化學、溫度四大類，我們統計傳統汽油車上 MEMS 傳感器超 50 個， 磁傳感器超過 30 個，合計占比約 90%。
汽車主要傳感器分類（按工作原理）
每一類傳感器的競爭格局普遍集中度較高，主流企業一般在 5 家左右，比如 MEMS壓力傳感器供應商主要為 Bosch、 Sensata、 Infineon、 NXP、 Denso，磁傳感器供應商主要是 NXP、 Infineon、 Allegro、 TDK-Micronas、 Melexis，氣體傳感器供應商主要是Bosch、 NTK。
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大眾汽車推進自動轉向發展
大眾汽車希望在開發先進的電動助力轉向（EPS）系統的過程中，跟上快速變化的汽車行業格局以及向自動駕駛的發展步伐。該公司依靠Ansys軟件快速了解EPS性能和安全性，以滿足需求閾值，同時進一步提高該品牌聞名遐邇的精確性、響應性處理能力。通過本文了解大眾汽車和Ansys如何攜手利用全新的汽車工作流程滿足電動助力轉向需求。
在電動助力轉向DP-EPS、R-EPS，線控轉向SBW，剎車輔助IBAS，線控制動系統OneBox、EMB，底盤域控VDCM等核心產品及軟件上為客戶提供高品質、高性價比、持續可靠的量產保障。
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請致電 010-64840808 或 發郵件至 market_dept@hirain.com
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圖7：3個車身ECU控制的主要部件
氣囊、左右頭燈、電動助力轉向系統（EPS）及電動油壓制動器等，配備了ECU。（圖表來源：日經XTECH根據比亞迪的資料等繪制，攝影：加藤康）
從海豹的3個車身ECU可以看出比亞迪追趕特斯拉的姿態。不過，低電壓的電力配電也有區別，包括海豹各處留有保險絲、電力系統不同等。
自1894年乘用車安裝第1款現代意義上具備方向盤的轉向系統開始，轉向系統從早期的純機械轉向系統、福特最早提出的液壓助力轉向系統（HPS）、豐田首推的電子液壓助力轉向系統（EHPS）、新一代的電動助力轉向系統（EPS）發展到擺脫機械連接的線控轉向系統（SBW）等。
線控制動系統主要供應商、產品與客戶情況
（2）智能化的發展催促線控轉向的產生
轉向系統從最初的機械式轉向系統（MS）發展為液壓助力轉向系統（簡稱 HPS），之后是電控液壓助力轉向系統（EHPS）和電動助力轉向系統（EPS）。目前乘用車上以 EPS 為主流，商用車以 HPS 為主流，EHPS 在大型 SUV 上比較常見，其余領域比較少見。
概述
經緯恒潤自 2006 年成立 EPS 團隊以來，采用國際標準和先進技術，開發了針對低成本應用的匹配有刷電機的 EPS 和針對高端應用的匹配無刷電機的 EPS，產品類型包括分體式和 PowerPack 兩種類型，功率范圍涵蓋 220W 至 900W，支持的轉向系統類型包括管柱式 C-EPS
它連接加速踏板、控制電機控制器、電池管理系統、直流電壓變換器DC／DC、電動助力轉向系統EPS、真空助力系統、空調系統、組合儀表。整車控制器能夠統計整車所有電器設備的功耗，對比動力電池能夠提供的電量，根據功率模型計算結果，輸出控制器指令信號至電機控制器，電機控制器調整牽引電機的轉矩值。
1、工作原理
下圖為電動轉向系統結構原理圖：
下圖為電動轉向原理圖：
EPS系統的正向輸入系統框圖為：
EPS系統的逆向輸入系統框圖為：
基于Simulink模型整體函數傳遞框圖為：
2、電動助力轉向系統數學模型及參數
2.1、系統的動力學分析
以方向盤為研究對象建立動力學模型：
以小齒輪為研究對象建立動力學方程：
不過現在燃油車也已經都是電動助力轉向，也就是EPS，EPS對于電動汽車是非常的重要。采用具有ECU控制器的EPS，可以實現主動的控制，就是不用駕駛者控制方向盤，讓汽車自動轉向。可以實現自動停車等功能，這些功能是創新。方向盤是駕駛者駕駛汽車的重要部件，是駕駛者駕駛車輛時感知車輛行駛路況的重要工具。不同的駕駛者可能對于方向盤的要求不同，但是大體上都是希望輕便而又不輕便，就是可以傳知一些路感。
