原创 电动助力转向系统

在操作汽车行驶的过程中，我们一定会操控方向盘，而方向盘的灵活性决定了车辆行驶的灵活性。方向盘的转动可以带动汽车前轮的方向改变，这种变化是依赖机械力的传递来实现的，如果有驾驶过早期的汽车或是在原地打方向盘经历的人都有这种感觉，相比行驶过程中的方向盘操作，这种情况要更大的力，早期的汽车驾驶员一般为男性主要是方向盘转起来要很大的劲，所以需要有力量一些人员来操作驾驶。随着汽车的不断完善，转向的操作力不断改善，通机械液压助力，电子液压助力发展到了电动助力，如果从长远来看，这种电动助力改进一下，就可以实现方向盘的电动操控，结合油门与刹车的电控，实现遥控操作汽车或是在计算机的控制下自动驾驶也就轻而易举了。

电动助力系统的原理是在人为操作方向盘时，通过转矩传感器得知是驾驶员的操作，ECU输出电源控制电动机在转身轴上施加与驾驶员相同方向的力使转向的力量增强，带动前轮完成转向，由于车速的大小会使需要的转向车发生变化，为了使手感更好些，ECU会根据车速做一些参数调整，达到相应的效果。电动助力转向的电动机除了安装在转向轴上，也有装到转向齿轮上或是齿条上进行助力的，起到的效果类似。

为了保持住车轮的转向位置，这个电动助力系统会一直维持这个力来帮助车轮的方向固定，这样可以使驾驶员感觉轻松。另外对于力量较小的驾驶员，也会觉得车辆操控容易，一方面是电机提供了操作力，另一方面是电机可以减弱行驶中的方向盘抖动。除了这个优点外，使用电动助力转向系统相比液压助力可以节省2.5%--5.5%的燃油，另外没有液压系统所需要的油泵、油管、流量控制阀、储油罐等部件，零件数目大大减少，减少了装配的工作量，节省了装配时间，提高了装配效率。而电动助力系统的控制下，方向盘的回正动作也会更加的稳定，当驾驶员双手放开后，转矩识别到方向盘脱手，ECU可以控制电机完成方向盘的匀速回转，并在回到原位后立即停止方向盘避免转过头。采用ECU控制还可以做到系统的自诊断，当发现系统的传感器发生问题或是电机及机械问题导致无法正常工作时，可以向驾驶员报告故障，当问题无法消除时，退出电动助力，避免影响到行驶安全。

由于前轮的转向力与车的载重有关，所以转向系统一般在700kg前轴载荷下需要55A/12V的工作电源来驱动，使用的电机可以是无刷电机或是有刷电机，控制单元会通过CAN总线与车上的其它电器信息交互。而转向系统方面往往会关系到车辆的行驶安全，需要ISO26262的功能安全D级评估，处理器会使用双处理器提高产品的安全性。在装车后会根据车辆的行驶效果进行助力参数的标定。

EPS的主要三个ASIL D功能安全目标是避免自转向，避免转身受阻，避免超出20%的过助力与欠助力。当发生任意一种情况时进入安全状态，断开电机的驱动及电源，避免电机抱死。

其中控制MCU主要用于驱动电机工作，输出电信号使电机形成对应的力矩完成助力，完成驱动信号及力矩的匹配。主MCU完成通讯与传感信号的采集，识别当前的工作状态及诊断工作。电源芯片也会选择符合功能安全应用的电源芯片，提供可靠的电源及看门狗。电机驱动部分则应满足冗余关断控制及不影响MCU。电机的转子传感器则采用两个不同的类型的传感器来满足功能安全的要求。方向盘扭矩传感器采用冗余的两个传感器来保证功能安全，转角传感器也需要两个来保证功能安全。再加上符合功能安全的软件设计实现的整个电动助力转向系统就可以保证系统的安全了。