EPS电子控制单元的PIC单片机设计

摘 要

EPS是一种依靠电动机产生助力的系统，本文介绍了美国一家公司研发的以高性能微处理器PIC18F4431单片机为核心等的电动助力转向电子控制单元，为提高驱动的速度和精确度，采用智能直流电机控制芯片从而驱动电路中的MOSFET管，而且通过单片机串口与PC机完成通信，经由LABVIEW编程进行显示。

【关键词】EPS 单片机设计 LABVIEW

1 前言

EPS即电动助力转向系统，是由传感器、电控单元和助力电机构成的，在电动机提供助力的条件下，电子控制单元能够控制助力大小的转向助力方式。该系统由于具有结构简单、质量轻、容易维护等优点而成为汽车改变方向系统研究和发展的主要方向。

因为PIC18F4431具有工作的可靠度高、功能多样、方便操作、功耗较小等优点而受到人们的关注，以它为核心的电动助力转向控制单元的设计至关重要。

2 EPS系统发展现状

20世纪末期，在日本和美国在某些型号车上首次成功采用EPS系统之后，欧洲市场的经济型汽车也将EPS作为标配，经过三十多年的发展，该系统的技术已经逐步趋于完善，它的应用范围也在向多种车型全面发展。

我国在21世纪出开始进行EPS系统的研发，不过因为国产汽车车型技术的实际情况和使用条件的限制，并不能与国外的EPS完全协调匹配。另一方面，EPS研发所获取的相关核心技术资料相对缺乏，目前仍处于技术攻关阶段。

3 EPS系统工作原理

EPS的硬件主要有传感器、助力电机和电控单元组成，软件部分包括控制策略和故障诊断与保护程序两个内容。该系统的结构如图1所示：

EPS系统工作原理：转矩传感器与转轴相连接，当驾驶员对方向盘施加扭转力矩的作用转动方向盘时，通过传感器将位移信号转变为电信号，同时将其传递给ECU，此时，车速传感器所测得的当前车速信号也传输至ECU。通过ECU内置控制作用对以上两个信号的处理便可以确定理想的助力电流给电机，减速机构将力矩放大和司机的操作力矩共同作用克服阻力，使车辆转向。

4 PIC18F4431单片机的设计

PIC18F4431单片机具有高性能PWM和A/D功能，是一种8位单片机，具有以下优势：拥有以互补形式输出的PWM模块、灌电流和拉电流的峰值较高、采样速度较快、功耗模式良好、振荡器结构灵活等。以上的优势方便了后续的结构设计和软件设计。

4.1 电控单元的结构

PIC18F4431型单片机是ECU的核心控制部分，控制单元的组成如下图所示，车载12V的蓄电池所供电量通过内部电源的转换后保证其正常工作。当经过处理的传感器信号到达单片机的对应端口时，单片机可以依据EPS的助力特性和正确算法分析所接收的数据，获得理想助力电流的数值和方向，并产生PWM信号同时经过PIC18F4431输出控制指令，信号在驱动电路和H桥的作用下控制直流电机的运转。微处理器把电动机驱动电路上的传感器正常工作时检测到的实时工作电流依据内部的控制算法进行计算从而实现对电机的闭环控制。当EPS系统工作出现故障时，报警模式开启在做出提示的同时断开继电器用人工助力代替电动助力模式。

4.2 直流电动机驱动控制电路

要满足EPS系统高速、可靠性的要求，直流电机驱动控制电路需要有足够的精度和速度实现对直流电动机转速和输出转矩的控制。因此可以采用PWM控制模式控制H桥电路，直流电动机的驱动控制电路如图3所示，它适合对可靠性要求较高的大功率、重载的场合。

5 LABVIEW显示

采用LABVIEW的虚拟测试系统中的VISA库来检测系统的工作情况， 完成对电动助力转向系统的串口数据通信的同时，全面显示数据并完成监测。

6 结束语

分析研究EPS系统的工作原理和助力控制后，对EPS控制系统的硬件电路进行了设计并进行实验分析，探索出低压、低速、大电流直流电机的控制方法在汽车电动助力转向系统中能够满足汽车助力效果的要求。

参考文献

[1]季学武，陈奎元.动力转向系统的发展与节能[J].世界汽车，1999.

[2]何道清.传感器与传感器技术[M].北京：科学出版社，2004.

[3]李谋.位置检测与数显技术[M].北京：机械工业出版社，1993.

作者单位

陕西国际商贸学院 陕西省咸阳市 712000