電動助力轉向EPS的案例
電動助力轉向控制器（EPS）
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
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 電動助力轉向系統
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 電動汽車仿真系列-基于Simulink搭建的電機助力轉向系統
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 
分析 | 一文看懂汽車傳感器市場
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。
展開 經緯恒潤全棧自研底盤域控制器量產
同時，還可以集成后輪轉向、電子穩定桿、轉向柱位置控制、發動機懸置等功能。通過與智能執行器的結合，預留足夠算力的底盤域控制器可以支持集成整車轉向、制動、懸架等車輛橫、縱、垂向相關的控制功能，完成整車的高水平底盤協調控制與車輛運動軌跡控制。目前，經緯恒潤底盤域控制器已實現全棧自研，控制器、底軟、空簧、懸架算法模塊均已實現量產，并實現了迎送賓、主動預測、魔毯懸架等功能，為整車底盤域控算法進一步積累了經驗，向著高級自動駕駛又邁出了堅實的一步！
自2021年起，經緯恒潤開始布局底盤域控制器方向，致力于提供軟件功能解耦平臺。三年內成功進入蔚來、長安體系，連續實現量產。與此同時，更多模塊的自研算法、執行器PPK模塊也在布局和設計中，預計2024年陸續發布。
未來，經緯恒潤底盤產品將在轉向、制動、懸架、域控融合等電控系統方向全面發力，在智能化、線控化、綠色節能、安全高效方面持續加大研發投入。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
展開 經緯恒潤線控制動系統，新能源智能汽車的未來標配
未來，經緯恒潤底盤產品將在轉向、制動、懸架、域控融合等電控系統方向全面發力，在智能化、線控化、綠色節能、安全高效方面持續加大研發投入。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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淺談線控底盤發展歷史及發展趨勢
根據集成度的高低，EHB可以分為Two-Box和One-Box兩種技術方案，二者的主要區別在于ABS/ESC系統是否和電子助力器集成在一起。傳統制動系統與線控制動系統的區別如圖2所示。
圖2 傳統制動系統與線控制動系統的區別
由于線控制動系統通過控制器實現系統控制，控制器的可靠性、抗干擾性、容錯性以及多控制系統之間通信的實時響應等特性，都有可能對制動控制產生影響，對駕駛員的操作判斷產生影響，因此線控制動系統需要較長時間迭代和系統匹配，這也是線控制動技術廣泛推廣的核心難點。
目前，國產替代已成為行業共識，其中在線控底盤核心零部件中，線控制動已經率先開啟國產化，整車廠的搭載意愿也在持續增強，預計接下來幾年會逐漸爆發。
—— 線控轉向系統 ——
智能化推動線控轉向發展，商業化進程持續加速
油門、換擋、制動系統主要負責汽車的縱向控制，轉向系統負責汽車的橫向控制。與制動系統類似，汽車轉向系統經歷了“機械-液壓助力-電動助力-線控”的發展歷程。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。線控轉向系統（Steer-By-Wire，SBW）在電子助力轉向系統（EPS）的基礎之上發展而來，將駕駛員的操縱輸入轉化為電信號，無需通過機械連接裝置，轉向時方向盤上的阻力矩也由電機模擬產生，可以自由地設計轉向系統的角傳遞特性和力傳遞特性，完全實現由電信號實現指令傳遞從而操縱汽車。
展開 深度了解汽車的轉向系統結構
轉向油被引向轉向機相應一側的液壓缸，并在此產生齒輪齒條驅動進力。
電控液壓助力轉向系統（EPHS） 的組成如圖 19-6 所示。該系統克服了傳統液壓助力轉向系統的缺點，它所采用的轉向助力泵不再靠發動機傳動帶驅動，而是采用電動機來驅動。電子控制單元根據車輛的行駛速度、轉向角速度來調節電動機的轉速和由此產生的轉向油流量，使轉向助力力矩連續可調，從而滿足高、低速時的轉向助力力矩要求。
電動助力轉向系統（EPS）
電動助力轉向系統（圖 19-7） 通過電動機產生轉向助力力矩，并將力矩施加到轉向柱或轉向器上。因此該系統通常還需要附加的齒輪傳動機構來連接電動機和現有的轉向組件。汽車轉向時，轉矩傳感器檢測轉向盤的力矩和轉動方向，將這些信號輸送到電控單元。電控單元根據轉向盤的力矩、轉動方向和車速等數據向電動機發出指令信號，使電動機輸出相應大小及方向的力矩以產生轉向輔助力。
奧迪 A3 轎車的電動助力轉向系統如圖 19-8 所示。駕駛人轉動轉向盤，轉矩通過轉向柱和轉向齒輪傳遞到轉向桿系。轉向助力電動機由助力轉向控制單元來控制。該控制單元控制電動機通過減速齒輪在轉向齒條上施加軸向力。動力輔助的水平取決于施加到轉向盤上的力矩、車輛速度和轉向盤角度。配備自動駐車系統的車輛，借助轉向助力電動機可進行自動轉向。
展開 雜志下載 | Ansys Advantage：聚焦汽車安全性
了解Ansys LS-DYNA軟件及Ansys Hans人體模型，以及其如何助力滿足碰撞測試需求。
★ Hans是一款高保真度虛擬人體模型，它能夠比傳統的測試假人提供更準確的人體近似表示。Hans是一種被動模型，適用于從汽車碰撞到運動損傷等各類顯式沖擊仿真。Hans模型的第一個版本側重于肌肉骨骼系統，未來的版本會對內臟、脂肪組織以及關節和肌肉運動進行微調。此外，該模型是基于一名30-40歲、體重約77公斤（170磅）、身高1.76米（5英尺9英寸）的男性而構建的。
如何利用仿真提高電動汽車電池制造效率
電池制造商正在生產過程中利用基于物理的仿真和安全性分析來獲得寶貴的洞察信息。Ansys的仿真工具和求解器使他們能夠優化電池設計，并在工廠車間確定合適的設備和工作流程，從而提高流程中的可擴展性、質量和可持續性。Ansys廣泛而深入的物理功能涵蓋到了電池生產工藝的諸多方面。通過本文了解如何利用多物理場仿真簡化電動汽車電池生產、降低成本，并提高銷售額。
大陸集團如何解決汽車雷達開發中的工程挑戰
在汽車領域實現全自動駕駛的最大訣竅，恐怕是讓系統學習如何安全地實現與人類駕駛員相匹配的感知水平。汽車制造商正在迎接挑戰，通過結合使用先進的攝像頭、雷達和激光雷達傳感技術、機器學習和人工智能，使自動駕駛變為可能。在本案例中，Ansys幫助大陸集團解決了開發過程中的復雜性，找出了影響雷達功能的任何負面影響（如鬼影）的來源，然后實施解決方案，為客戶快速解決了這些負面影響。
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。
展開 解讀比亞迪八合一電驅：厲害在哪？
根據檔位、油門、剎車等指令，將動力電池所存儲的電能轉化為驅動電機所需的電能，來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態，或者將幫助電動車輛剎車，并將部分剎車能量存儲到動力電池中。
3. 減速器
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電機和發動機一樣都是高速旋轉的機械部件，其單位是5000轉/分鐘，而車輪的轉速相對而言是低速度的。想要把電機的高轉速匹配成車輪旋轉的轉速必須要通過減速器來降低轉速、增加轉矩。因此熟悉電機的朋友經常看到的所謂傳動比或者速比的概念，說的就是：（傳動比）速比=電機輸出轉數÷減速機輸出轉數
4. 車載充電器
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車載充電器的功能是調整輸出電壓，它采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來實現。
5. 直流變換器
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直流變換器，也稱DC-DC變換器，它是將一個直流電壓轉換成負載所需的直流電壓的轉換器，也就是將電池存儲的直流電壓轉換為驅動電機驅動車輛所需的直流電壓。
6. 配電箱
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車載高壓配電箱顧名思義是高壓電的分配用，當動力電池上電后高壓電首先進入到高壓配電盒內，通過配電盒內的分配線路給需要高壓的系統供電，比如，MCU，DC/DC，空調等需要高壓的元件，它是電控總成的核心部件。
7. 整車控制器
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整車控制器即動力總成控制器，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。
展開 
國內外電動汽車整車控制器(VCU)性能指標及設計思路
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。
當整車控制器接收到加速踏板輸入的功率需求信息后，根據整車所有電器設備的功率分配情況和電池管理系統輸入的供電電池的電壓、電流等信息進行綜合分析，合理地調整牽引電機的扭矩輸出，保證其具有足夠的牽引力。
三、國內某公司整車控制器詳細介紹
1、描述：
整車控制器是純電動汽車的核心控制器件，主要功能為采集車輛信息、駕駛員意圖，控制車輛運行，診斷車輛故障等。
整車部件拓撲：
主要功能：VCU完成對車輛各個模塊的監控和通訊，是整車的“大腦”。
展開 汽車各控制單元方案
5、電子穩定性系統ESP
適用于車身電子穩定系統，糾正車輛產生的過度轉向或轉向不足的現象，主動干預確保車輛操縱的穩定性。
ESP系統通過采集車輪速度信號、制動主缸壓力信號、制動開關信號、方向盤轉角信號以及橫擺和加速度信號等等，判斷出駕駛員的意圖和車輛的行駛狀態，并通過電磁閥和泵電機的控制、發動機和變速箱控制調整等措施，使其在合適的車輪上施加制動力而對車輛產生糾正力矩，以糾正車輛產生的過度轉向或轉向不足的現象，主動干預確保車輛操縱的穩定性。結構組成如下圖所示。
6、電動助力轉向系統電控單元EPS
該電控單元適合應用于12V供電環境，可用于轎車和純電動汽車的轉向控制。主控MCU采用英飛凌的XC2300系列單片機，通過采集發動機轉速信號、車速信號、扭矩傳感器信號、點火信號等車輛狀態信息，并送入到控制器ECU進行綜合、分析、判斷和運算后輸出電流信號控制EPS電機。EPS電機通過傳動機構產生助力轉矩，該助力扭矩施加到轉向軸上，從而輔助駕駛員完成轉向操作。該系統低速時轉向控制輕便，高速時轉向助力小，操縱平穩不發飄。結構組成如下圖所示。
展開 線控底盤技術：線控底盤是自動駕駛的必要條件，自動駕駛是線控底盤的充分條件
▲電子液壓助力轉向(EHPS):
1）駕駛員在方向盤上施加轉動力矩和角度；
2）方向盤帶動轉向柱轉動；
3）轉向柱通過其底部和轉向機相連的齒輪齒條機構，將轉向柱的轉動變為轉向機齒條的橫向直線運動；
4）轉向扭矩傳感器檢測到駕駛員輸入了方向盤扭矩；
5）根據駕駛員輸入的扭矩，以及車速等信息，ECU計算并控制電動機帶動轉向助力泵轉動，產生高壓液體；
6）液壓通過轉向油管傳遞到液壓助力轉向機上，液壓推動液壓助力轉向機上的雙作用液壓缸的活塞，產生壓力，對齒條的橫向直線運動進行助力；
7）轉向機兩端的轉向橫拉桿，通過推動或拉動轉向節來改變車輪的方向；
8）車輪與地面間產生橫向力，車輛轉向。
電子液壓助力轉向機構
▲電動助力轉向(EPS)
1）第一種是對轉向柱的轉矩進行助力，這種叫C -EPS (Column - EPS);
2）第二種是對轉向柱底端的齒輪齒條機構中的齒輪進行助力，這種叫P - EPS(Pinion - EPS);
3）第三種是在轉向機上對齒條的直線運動進行助力，這種叫R - EPS(Rack - EPS);而R - EPS根據傳動的方式不同，又可以分為R-EPS，DP-EPS(雙小齒輪EPS)和BD-EPS(帶傳動EPS)。
電動助力轉向
▲線控轉向(SBW)
狹義上說，SBW系統特指沒有機械連接的轉向系統，這是從系統的結構上進行的一個區分。但著眼于功能，從廣義說，任何能夠將駕駛員輸入和前輪轉角解耦的轉向系統都可以看成是 SBW系統。在此定義下，一般結構如下圖。
線控轉向系統結構圖
其中① - ④為電機可能安裝位置，而⑤為電磁離合器。
展開 自主泊車系統APS的現狀與發展
2）電動助力轉向機構和轉向柱管控模塊控制單元讀取方向盤轉角和轉向角速度，通過Flax Ray 總線與CAN網絡通信，鏈接電子控制單元ECU。
3）APS還需鏈接車輛穩定系統控制單元，通過分析各傳感器傳遞來的信號向防抱死制動（ABS）、起步加速防滑控制（ASR）發出準確的控制指令、糾錯，保證車輛維持良好的動態平衡，在各種狀態下有最佳的穩定性。當后輪驅動車輛因轉向過度、后輪失控而甩尾時，ESP會輕微制動外側前輪來穩定車輛（此時因降低輪速而使車輪抱死）；當轉向不足時，ESP會迅速輕微制動內后輪，來校正行駛方向。
福特汽車采用英飛凌SAK-XC2336B-40 F8 0L AA型的中央處理器，該項目在已經開發出的原理樣機的基礎上，結合產品樣機的要求，進行系統的可靠性研究、匹配性試驗以及生產工藝的優化，以改進系統的穩定性和可靠性，降低成本，滿足產品的使用性能。美國的業界認為英飛凌（Infineon） 公司對自主泊車系統關鍵技術研究較為領先。一臺英飛凌的自主泊車系統結構框圖見圖7，產品圖片見圖8。
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