转向体系是轿车的重要组成部分，其功能直接影响着轿车行进的稳定性和安全性。前期的轿车转向体系为纯机械转向体系，没有助力，转向动力完全由驾驭员 供给，驾驭体会差。从上世纪30年代今后，逐步呈现了助力转向体系。现在，轿车助力转向首要有3种方法：液压助力转向体系(Hydraulic Power Steering，HPS)，电控式液压助力转向体系(Electric Hydraulic Power Steeing，EHPS)以及电动助力转向体系(Electric Power Steering System，EPS)。
比较前两种，EPS由电机供给辅佐力矩，没有油体系，很大程度下降了轿车转向体系的复杂度，且在燃油功率、模块化、助力作用和环境友好性等各方面具有显着的优势。依据EPS助力电机在齿轮和转向柱总成上方位的不同，EPS体系分为转向柱助力式、齿条助力式、小齿轮助力式和双小齿轮 助力式4种类型。小齿轮和转向柱助力式应用于轻型车辆，双小齿轮助力式应用于重型车辆。它们在构成上都具有3个根本部件：电控单元(Electrie Control Unit，ECU)、助力电机和安装在转向柱上的扭矩传感器。文中针对小型轿车，以美国Freescale公司的16位单片机MC9S12DP256为核 心进行了EPS操控器的规划。
1、电动助力转向体系结构和作业原理
电动助力转向体系结构如图1所示，首要由方向盘、扭矩传感器、电子操控单元(ECU)、电机、电磁离合器、减速组织、齿轮齿条转向器组成。在轿车发 动机焚烧后，滚动方向盘时，由安装在转向轴上的扭矩传感器测得转向力矩，并送给ECU，ECU依据转矩和车速，通过预先设置好的助力特性曲线和操控战略计 算出一个电机所需的最佳电流，然后操控电机输出力矩和滚动方向，然后通过减速组织施加到转向组织，终究得到一个与行进工况相适应的转向作用力，辅佐驾驭员 转向。
2、操控战略
2.1 EPS模型树立
依据牛顿定律，可树立转向体系数学模型。
其间：Th为方向盘输入转矩，Js为转向柱、盘总成滚动惯量，Bs为输入轴阻尼系数，Ks为力矩传感器刚度系数，Tm电机输出力矩，Km为助力电机 和减速组织的刚度系数，Jm为助力电机滚动惯量，Bm为助力电机阻尼系数，M为齿条质量，Br为齿条和转向轮粘性阻尼系数，Kr为齿条当量刚度，G为助力 组织传动比，rp为小齿轮半径，θs为方向盘转角，θm为电机转角，xr为齿条位移，Fr为转向阻力。
2.2 助力特性曲线规划
EPS助力特性是驾驭员输入转矩和电机助力力矩(助力电流)之间的联系。轿车内行进过程中，转向阻力跟着车速的添加而下降。为了取得轿车低速行进时 转向的简便性和高速行进时的稳定性，在同种行进情况下，电机助力力矩跟着车速的升高而减小，并在车速超出必定规模时，电机不进行助力。常见的助力特性曲线 有3种：直线型、折线型和曲线型。直线型助力特性曲线方法简略，实践中简略调理和完成。因而，文中选用直线型助力特性进行操控器规划。
2.3 操控算法
EPS体系操控是对电机电流巨细和方向的操控。其操控算法的好坏直接影响着转向体系的功能。本文选用现在广泛应用于工业操控范畴的PID操控算法。 PID操控稳定性和可靠性高、实时性强、且操控与调试办法简略，易于完成，合适用于轿车电动助力转向体系的操控。因而，PID操控是现阶段EPS操控体系 首要的操控战略。
3、硬件规划
3.1 总体规划
单片机是操控器的中心，其选型需求考虑适用性、可靠性、片内资源、价格等多种要素。单片机选型恰当与否直接影响组织操控体系的功能及规划难易程度 度。本规划选用Freescale公司的16位高精度MC9S12DP256单片机。MC9S12DP256内置5个CAN模块、2个8通道10位A/D 转化模块、8个PWM通道，总线速度25 MHz，选用5 V供电，112脚LQFP封装。此单片机，内部资源丰厚，可大大简化操控体系硬件电路，其可靠性高，十分适用于EPS操控。规划中没有用到的管脚引到电路 板上，以便于后续开发。
硬件规划如图3所示。车速、发动机、转矩信号经处理后送给MC9S12DP256单片机，经单片机核算后，得到电机助力电流值，经驱动电路后作用于 助力电机，操控电机输出力矩的巨细和方向，一起对电机电流进行采样，并送回单片机，构成闭环操控。在助力操控根底上，规划了电机维护电路和毛病诊断与提示 电路。一旦检测到毛病存在，当即断开离合器，改用纯手动转向，并宣布毛病信号，然后确保了行车安全。
3.2 操控体系硬件电路规划
硬件电路规划首要包含电源转化电路、扭矩信号处理电路、车速信号处理电路、CAN通讯电路、时钟电路。详细规划如下：
电源转化因为单片机作业时管脚电压为+5 V供电，而车载电源电压为+12 V。因而，需求对+12 V电压进行转化，变成+5 V。本规划中选用7805电压转化芯片进行电压改换。
扭矩信号处理因为改变传感器取得的是一些弱小的小信号，简略受搅扰，因而需求对其进行滤波处理。本规划选用型滤波电路，R12取大电阻，进步输入阻抗。
车速处理电路车速信号为+12 V单极性方波，电压太高，不能直接用于单片机，需求将其改换为+5 V以内的方波。使用LM358对其进行处理，经转化后得到高电平为3.72 V，低电平为0.01V的方波信号。
CAN总线驱动电路MC9S12DP256内部集成了CAN总线操控器，CAN驱动电路只需求物理层驱动即可。本规划选用82C250芯片进行规划。
时钟电路时钟是单片机作业的根底。MC9S12DP256单片机内部集成了压控振荡器，可在其43、44和46、47引脚别离接上锁相环电路和16MHz的晶振电路。组成MC9S12DP256时钟电路，供给25MHz的时钟信号。
详细电路规划如图4所示。
4、体系软件规划
EPS操控软件选用模块化规划，包含进行体系初始化、信号收集、操控状况判、操控形式判别、PWM占空比核算、体系状况监控及维护、电流闭环模块、 通讯模块等。EPS操控体系需求一起履行多个使命，为了确保体系的实时性和可靠性，选用中止服务方法，将整个软件部分分为主程序和中止服务子程序。主程序 规划流程如图5所示。
5、结束语
文中剖析了轿车电动助力转向体系的作业原理。规划了直线型助力特性曲线，树立了增量式闭环PID操控战略，减小了芯片的核算量，增强了体系的助力跟 随性。使用MC9S1 2DP256单片机的丰厚内部资源，简化了EPS硬件电路体系，下降了电路间的搅扰，然后提升了体系可靠性，规划了根据MC9S12DP256的EPS控 制体系硬件电路，并给出了软件规划流程。本文规划的EPS体系能够编写多种EPS操控算法，有利于后续深入研讨。关于操控功能的优化将在进一步的操控战略 研讨和实验中进行。
