摘要：隨著電子技術的發展，電動助力轉向系統（Electric Power Steering，EPS）作為傳統液壓助力轉向系統（Hydraul ic Power Steering，HPS）和電動液壓助力轉向系統（Electro-Hydraul ic PowerSteering，EHPS）技術的替代者，其應用愈來愈廣泛。本文通過分析EPS的基本原理。市場以及技術優勢，結合英飛凌.TI.飛思卡爾等半導體廠商的EPS方案研發現狀，給出基于ADI BF506F的EPS方案和技術評估。

　　1 背景

　　電動助力轉向系統（EPS）是未來轉向系統的發展方向，該系統由助力電機直接提供轉向助力，省去了液壓動力轉向系統所必需的動力轉向油泵。軟管。液壓軸。傳送帶和皮帶輪，既節省能量，又保護環境，逐漸成為轎車的標準裝置。根據咨詢公司Strategy Analyties對中國EPS市場的預測，在2010~2017年期間中國的EPS市場的年復合增長率將達到16.9%，約1800萬套。

　　EPS市場之所以能有如此的增長趨勢，也是由其本身具有的諸多優點所決定的，這主要表現在：

　　（1）EPS能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小擾動，改善汽車的轉向特性，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。

　　（2）EPS只在轉向時電機才提供助力，因而能減少燃料消耗。統計數字表明，與HPS相比，EPS每百公里可節油約0.3至0.5升。

　　（3）EPS電機由蓄電池供電，因此即使在發動機熄火或出現故障時也能提供助力。

　　（4）EPS取消了液壓結構，其零件比HPS大為減少，因而重量更輕。結構更緊湊，易于設計和安裝，并能降低噪聲。

　　（5）EPS易于調整和檢測，可以通過設置不同的程序，快速與不同車型匹配，因而能縮短生產和開發周期。

　　（6）EPS不存在滲油問題，可大大降低保修成本，減小對環境的污染，改善了環保性。

　　（7）EPS比HPS具有更好的低溫工作性能。

　　（8）可實現自動泊車系統等輔助功能。

　　2 EPS

　　EPS是通過電機的動力直接給轉向系統提供輔助扭矩的系統。它依靠檢測發動機。方向盤。車速等信息來判斷并提供合適的轉向助力，使得轉向過程能夠精確。輕松。安全地完成。通常一個EPS系統主要由轉向部件。傳感器。電機。減速機構和電子控制單元（ECU）等組成，其系統構成由圖1所示。

　　轉向部件將方向盤。扭桿。轉矩傳感器。助力電機減速器總成及轉向傳動軸組合到一起，形成一個整體，完成轉向功能。控制器ECU由微處理器及電子模塊組成，完成對來自轉矩傳感器。點火開關。發動機轉速傳感器。車速傳感器的信號的處理，并按照一定的運算判斷規律控制助力電機，使之產生合理的轉向助力轉矩。

　　當駕駛員操作方向盤時，連接方向盤的扭桿產生形變，其形變角度與施加到方向盤的轉矩成正比，轉矩傳感器將扭桿形變的角度轉化成線性的電壓輸出信號T，此信號與車速信號V.發動機轉速信號w.點火信號G送入到控制器ECLT進行綜合。分析。判斷和運算后輸出電流信號控制助力電機。助力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，系統邏輯圖如圖2所示。

　　3技術方案

　　為了汽車轉向的過程順利實現，EPS系統需要實現以下功能：

　　助力控制：在汽車停車及低速行駛時提供較大輔助力矩，使轉向過程快捷輕便地進行，而在汽車高速行駛時提供較小的輔助力矩以保持轉向過程的可靠與沉穩。

　　回正控制：確保汽車從直行狀態到大角度轉向的過程中回正力矩相應地逐漸提高。另外，確保汽車在非轉向狀態下的直線行駛性能，并防止汽車在不同車速下實現回正時出現回正不足或回正超調的現象。

　　阻尼控制：利用電機感應電動勢來減弱汽車高速行駛時出現的方向盤抖動現象，消除轉向輪因路面不平而引起的方向盤擺振，并在汽車高速行駛時，給轉向過程增加一定的阻尼，克服轉向發飄的感覺。

　　分析診斷功能：應能實時監控運行狀態，并具有故障報警和提示功能，在故障不能自動排除時關斷EPS使車輛進入傳統的機械轉向模式。

　　通訊功能：應具有通過CAN或LIN總線與其他系統進行通訊的能力，并具有可以更改主要參數（主要針對電機控制）的接口。

　　為實現上述功能，整個EPS系統必須高效快速地協同工作，因此，系統的下列組成部分的性能顯得尤為重要：

　　傳感器：傳感器給EPS系統提供了汽車行駛狀況的各種必要信息，是系統的感覺器官，其信號輸出應該盡量準確。高速。簡潔.EPS系統通常需要方向盤扭矩傳感器。轉角傳感器（可選）和輪速傳感器的信號。目前通用的傳感器采用模擬信號處理方式，信號輸出精度不高且輸出的信號需要ECU進一步處理，增加了ECU的工作負擔，而數字信號傳感器因其可給出ECU直接可用的數字信號，減少了占用的ECU資源，并提高了信號的準確性而被越來越多的EPS系統采用。

　　控制策略：傳統的轉向系統主要為駕駛員提供轉向助力，減輕轉向負擔，EPS系統還要解決諸如高速行駛過程中轉向過大。回正等影響車輛穩定性和安全|生的問題，因而需要一套高效完善的控制策略來保證其性能。

　　半導體技術的高速發展，使得EPS從成本和技術上成為可能。英飛凌.TI，以及飛思卡爾相繼推出基于自身微控制器/處理器的EPS方案。

　　3.1英飛凌的EPS方案

　　英飛凌的EPS采用XC2336B和XC836MT的雙處理器方案，如圖3所示.XC2336B通過對扭矩傳感器。發動機點火信號等信息的采集。處理，以相應的控制策略驅動3相電機實現電助力轉向。

　　XC836MT為輔助處理器，實現安全控制。

　　XC2336B是一個帶五級流水線的最高80MHz時鐘頻率的高性能CPU并擁有一個保護數據不被非法訪問的存儲器保護單元（Memor）r ProtectionUnit，MPU）。它具有不同類型的片上存儲模塊（8kstand-by RAM，2k dual-port RAM，最高16k dataSRAM，最高16k program/data SRAM和最高320kprogram flash memory），并使用硬件CRC檢測和ECC碼來發現數據錯誤并能糾正單位錯誤。它的眾多外設模塊可靈活地滿足各種不同的需求，擁有2個可擴展為9路的 10位分辨率的同步A/D轉換器.16路通用捕捉/比較單元。兩路帶PWM產生器的捕捉/比較單元.5個定時器.40路通用I/O接口。多路CAN接口等等，并可通過DAP和JTAG接口進行片上調試。此外，它還帶有看門狗和晶振看門狗來保證控制器的正常運行。

　　XC836MT是一顆具有8051內核的微控制器，作為備份微控制器，它最主要的作用是對主微控制器進行監控并在主微控制器失效的情況下切斷EPS使汽車進入機械轉向狀態，避免汽車失控而引發危險。