EPS基本原理与工作流程(一)
EPS控制系统的主要组成部件:
1、扭矩信号传感器:测量驾驶员作用在方向盘上的力矩大小和方向。(使用TOS和TAS视需求而定)
2、车速信号传感器:测量车辆速度,在不同的车速和方向盘转矩下,提供不同的助力。车辆低速时会减轻转向力;车辆高速时,会增加阻尼控制,以保持车辆有较好的“路感”。
3、助力电机:一般为有刷直流电机,起动扭矩大、结构简单、运行平稳、便宜。
4、电磁离合器:起安全保护作用,当EPS故障时,电磁离合器会切断电动机和转向柱的连接
5、减速机构:减速增矩
6、ECU:控制核心
EPS系统工作原理:
图1 EPS信号框图
采集扭矩传感器和车速传感器的信号,经过数模转换,将信号发送到ECU内部,通过信号判断合适的控制策略并对电机进行实时控制。
根据汽车转向行驶的不同情况,EPS会按照不同的控制方式进行控制,一般有3种基本的控制方式。
(1)助力控制汽车在低速时行驶。控制单元对电机进行常规控制;通过计算得出助力电机电流,以获得合适的助力转矩,使转向操纵轻便灵敏。
(2)回正控制,汽车在低俗范围内行使,方向盘进行转向后方向盘回到中间位置时,电控单元使电动机电流迅速减小,以便转向轮迅速回正;在高速时,采用阻尼控制,使电机两端短路,产生与回正力矩相反的回正阻尼,改善转向盘的回正超调。
(3)阻尼控制。阻尼控制可以衰减汽车在高速行驶时出现的方向盘抖动现象,消除转向轮因地面输入而引起的摆振。
EPS软件需求
根据EPS的工作原理,可将其分为八个任务需求。
1、Task1——车速信号采集扩展;用于计算车速,上电后该任务处于等待状态,等待车速计算事件Speed,利用定时器/计数器模块产生中断,进入中断服务程序,记录脉冲周期总时长,然后设置事件Speed,激活Task1。待其他优先级高的任务运行完后,Task1运行,计算出车速,并滤波,激活Task2,清除事件Speed,Task1恢复等待。
2、Task2——扭矩信号采集基本任务;采集扭矩信号,该任务由Task1激活,执行频率与Task1相同。
3、Task3——电流反馈信号采集基本任务;用于采集电机反馈电流,该任务由Task5激活,系统只在助力控制时才会激活该任务。该参数与目标电流的差值,通过PID调节,使电机迅速提供对应的扭矩。
4、Task4——故障诊断任务;上电后等待消息,确定车速、电压、扭矩正常,一旦有故障,进入中断,执行中断使继电器断开。
5、Task5——助力模式选择基本任务;此任务由Task1和Task2激活并控制,通过扭矩与车速的大小,判断助力模式,通过助力特性曲线得到目标电流。此任务的执行次数与Task1和Task2的次数相同。
6、Task6——助力控制基本任务,由Task3激活。通过Task5得到的目标电流,以及Task3的反馈电流,采用PID进行闭环控制,最后通过PWM脉宽调制控制电机。
7、 Task7——回正控制基本任务,回正控制,由Task5激活。当汽车车速很高时,使电机两端短路,产生回正阻尼,减小回正超调;当汽车处于低速时,使电机两端迅速断路,减小电机阻力,使转向迅速回正。
8、 Task8——阻尼控制基本任务,阻尼控制,由Task5激活。阻尼控制用于高速时的各种状态(回正、转向和直线行驶)。回正时,阻尼控制可减小系统超调;转向时,可增加阻力,使驾驶员得到较好的路感;直线行驶时,可减小路面对方向盘的冲击。
任务优先级:
Task6>Task7>Task8>Task4>Task3>Task5>Task2>Task1
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