EPS电动转向系统分析 参考文献链接 https://mp.weixin.qq.com/s/YXQuSlE0s-nrcGlRknK43g https://mp.weixin.qq.com/s/gr0kfRzgBXnyxLYBJ8g0Hg https://mp.weixin.qq.com/s/YdW1Zjdfviz45DmWUh_6Ag EPS传感器类型及工作原理分析 传感器概述 国标GB7665-87对传感器的定义是：通常由敏感元件和转换元件组成，可以感受到指定的测量部件，并按照一定的规律（数学函数法则）转换为可用信号。 电动转向系统(以下简称:EPS)基本工作原理：当汽车转向时，传感器会检测到转向盘的扭矩（和角度），信号通过数据总线发送到电子控制单元，电子控制单元根据转向盘的旋转扭矩、方向和车辆速度，向电机控制器发出动作指令，使电机输出相应尺寸的旋转扭矩，传感器是EPS不可或缺的部分。 
EPS控制简要原理图 EPS传感器分类
工作原理 3.1.扭矩测量： 通常，当方向盘有转向扭矩时，扭杆的刚度变形，扭杆的上下部分形成角度差。根据不同的原理，角度差可以转换为相应的变量，然后测试、计算和转换变量，最终提供ECU使用；
扭矩测量–角差结构
扭矩测量–角差检测机制 可分为以下五种形式： ①电位器式(接触式) ②磁场检测原理(扭杆变形量)φ转换为磁通量B） ③电磁感应原理(扭杆变形量φ转换为感应系数L/M） ④电容感应原理(扭杆变形量φ转换为电容量C） ⑤光电式 3.2、角度测量： 3.2.1.相对位置角信号 可通过TOS传感器直接输出方向盘转角信号，但由于测量范围只有360°(不同的产品，测量范围甚至更小)，方向盘转动的圈数无法识别，只是相对位置角度信号；
3.2.2.信号的绝对位置角度 在TOS在传感器的基础上增加对比信号，主信号与对比信号之间存在一定的相位差（可通过设置主信号和副信号传输结构的传输比实现）。处理主信号和副信号后，测量范围大于360°处理后的信号测量范围为主副信号周期的最小公倍数；
按对比信号可分为以下两种： ①单副齿轮式：在TOS在主齿轮旁边增加一个副齿轮，通过主齿轮和副齿轮输出的角度信号MCU处理后获得一组绝对位置角信号；
处理两组独立信号后获得的绝对位置信号：
②双副齿轮式：在TOS在主齿轮旁边增加一组副齿轮，通过两个副齿轮输出的角度信号MCU处理后获得一组绝对位置角信号；
处理两组独立信号后获得的绝对位置信号：
冗余式传感器技术简介 在测量原理不变的情况下，通过增加检测芯片的数量，实现多路扭矩和角度信号的输出，提高传感器信号的整体功能安全水平EPS扩展系统的功能安全机制；
EPS传感器信号冗余 随着汽车智能驾驶的快速发展，高档智能驾驶功能的应用越来越普遍，作为汽车智能系统的一员，EPS系统也在不断的进化以期达到更高等级的功能安全；基于EPS传感器的冗余设计是实现目标的必要环节，包括扭矩信号的冗余和角度信号的冗余，多余传感器产品的出现从不同维度扩展EPS基于不同冗余传感器技术，选择系统的功能安全机制；EPS单点失效后，系统可以实现limp aside，limp home，fail operation不同方式的安全处理机制，为客户带来更安全的驾驶环境。 电动动力转向系统扭矩传感器分析 电动助力转向系统英文全称 Electronic Power Steering，简称 EPS。EPS 根据输入信号，在机械转向系统的基础上，电机通过电子控制装置产生相应的尺寸和方向 协助驾驶员进行转向操作，并获得最佳转向特性的伺服系统。 一般来说，电动助力转向系统的基本政策 略如图 1 所此可见，所有基本控制模块 需要输入方向盘扭矩信号。
通过扭矩传感器获得方向盘扭矩信号。本文将用于电动助力转向系统的扭转 阐述了矩形传感器的分类、工作原理、性能指标和系统匹配。1.扭矩传感器概述传感器是根据规定的测量尺寸定量提供有用电输出信号的部件。狭义上说， 传感器是将光、时间、电、温度、压力和气体的物理化学量转换为电信号的转换器。 电动助力转向系统中使用的扭矩传感器通过特定的敏感元件转动扭矩物理量 更换电信号，集成信号处理电路的变换器，如图所示 2 所示。
扭矩传感器和扭杆组装在一起，形成扭矩传感器总成。当方向盘旋转时，扭杆和扭矩传感器 传感器的上半部分和下半部分有一个相对偏转角，扭矩传感器测量方向盘扭矩。如图所示 3 所示。
2、分类 接触式传感器和非接触式传感器按内部结构分类 1 所示。
接触式传感器在使用过程中容易磨损，因为传感器元件之间总是有滑动摩擦 损坏老化，测量信号不准确，甚至报错。这种类型的传感器已经逐渐被淘汰，非接触式传感器已经成为市场的主流。 本文主要介绍应用广泛的非接触式 扭矩传感器：霍尔式扭矩传感器。 3、工作原理 扭矩传感器通过霍尔效应在导体两端产生电位差。主要由定子分组成，转子分组 总成、上端盖、下端盖、集磁极Hall IC 组成。转子由多级磁铁组成，固定在输入轴上， 主要提供磁场。固定在下端盖上，下端盖与壳体固定，定子上装有磁轭(导磁率高的金属材料)。当方向盘向左旋转时，传感器扭杆扭转变形，导致转子和定子旋转，使上下磁轭和多级磁铁错动， 磁通量从 N 极至 S 极，Hall IC 接收到磁通。如果转子与定子反方向相对位移，Hall IC 也接收反向磁通。通过霍尔改变磁通 IC 转换为相应的电压变化，以测量相应的扭矩大小和方向。如图 4 所示。
当方向盘在中间时，磁通量为零。当方向盘左转时（ 4.5°），磁通量高斯值为 550(示例).5°），磁通量反向， 高斯值为 -如图550(示例) 5 所示。
4、性能指标 4.1 直线度 传感器输出(电压)与输入(扭矩)之间的实际关系曲线偏离理想直线。一般要求:≤ ±2%。 4.2 迟滞 在测试过程中，所有测试位置的来回电压差。一般要求：≤ 1%。 4.3 电压波动 安装完成的 EPS 产品，360°旋转输出轴，传感器信号的电压变化。一般要求：0.08V （max）。 4.4 中位电压 判断转向管柱是否受到转向力的影响。中位电压：2.50V。 5、传感器与 EPS 系统匹配 5.1 传感器的角度匹配a、机械限位角。当转向力增大时，限位机构不能再相对旋转。此时机构产生的角度称为机械限位角。 b、传感器的有效角度。当转向力增时，是指传递给ECU产生有效帮助的信号称为有效机械角度。 c、在设计总成和生产装配时，必须保证传感器的角度匹配：机械限位角>传感器的有效角。 5.2 传感器输出电压与扭杆的关系 传感器的输出电压最终被接受 ECU 采集控制器， ECU 计算传感器的电压 信号，了解驾驶员转动方向盘扭矩的大小。然后必须定义传感器电压和扭矩之间的关系。如果传感器图纸中给出了电压和角度之间的关系，则必须确定扭杆的刚度以最终结果 确定输出信号。 5.3 扭杆刚度计算例：已 知：U=3.5V；T=7.8Nm；K1= （1/3.5）V/°； 公式： 所以：K2=7.8/3.5;K2=2.23Nm/° 其中： U：传感器输出电压，单位 V； T：扭矩，单位 NmK1:传感器电压与角度的关系，单位为 V/°，与传感器的类型有关。 K2.扭杆刚度，单位为 Nm/°，由扭杆的厚度和长度决定。 扭矩传感器的工作原理、性能指标和系统匹配主要针对电动助力转向系统 对后续扭矩传感器的开发具有指导意义。 EPS电动助力转向系统 电动助力转向系统（EPS）这是汽车转向系统的发展方向。该系统直接由电机提供转向动力，节省了液压转向系统所需的油泵、软管、液压油、传送带等机械部件，具有能耗小、污染少、节省空间等一系列优点。 目前EPS该系统已广泛应用于汽车，并具有明显的优势。系统将根据扭矩、速度、转向角度、转向速度等信号进行综合控制，以获得更好的控制性能。当驾驶员操作方向盘转向时，扭矩传感器检测到转向盘的转向和扭矩大小，并将电压信号输送到电子控制单元。根据扭矩传感器检测到的扭矩电压信号、转向方向和速度信号，电子控制单元向电机控制器发出指令，使电机输出相应大小和方向的转向动力扭矩，产生辅助动力。 该演示方案是由 ST 车规级 32-bit PowerPC 微处理器的架构 SPC560P50 以及6路MOS驱动IC L9908和车规级MOS组成方案适合12V、24V、48V该系统还具有相应的诊断和保护功能。
▲ 系统框图 SPC560P50适合电机开发FlexPWM以及适配CTU的ADC支持高达64的模块MHz主频核心可以保证应用资源的需求。 驱动IC L9908支持三路ADC采样以及6路MOS驱动输出，可读取全故障列表SPI接口更适合开发标准的三相永磁同步电机方案。 该方案的软件软件ST的SPC5Studio与MCTK(电机控制套件)免费开发IDE SPC5Studio 提供MCU各种外设支持，成熟MCTK该平台还为电机控制提供了各种接口，可以帮助客户减少底层开发周期，并用于快速系统调试。 电机控制工具套件的关键特点： ? 符合AEC-Q100 ? 120MHz Flex PWM模块 ? 通过SPC5Studio插件配置SPC5 FOC Lib ? 实现FOC嵌入式软件库控制（SPC5-MCTK-LIB） ? SPC56P + L9908板 • 带感应/无感应器的BLDC电机 • 演示应用项目
参考文献链接 https://mp.weixin.qq.com/s/YXQuSlE0s-nrcGlRknK43g https://mp.weixin.qq.com/s/gr0kfRzgBXnyxLYBJ8g0Hg https://mp.weixin.qq.com/s/YdW1Zjdfviz45DmWUh_6Ag