关联系统-电动助力转向系统EPS

本文主要是介绍关联系统-电动助力转向系统EPS，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

整车转向原理

在讲述EPS之前，需要先了解一下整车的转向原理：
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如上图所示：
驾驶员转动方向盘，会同步带动转向轴转动，转向轴上安装有TAS传感器，可以检测转角扭矩信息，该信息与车速信息同时输入到电子控制单元ECU。ECU根据这些输入信息，确定助力转矩的大小和方向，来选定电动机的电流和转动方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上。转向力通过转向管柱传递给转向器，转向器将转向力由圆周运动转换为直线运动，通过转向横拉杆作用于转向轮，实现车辆转向

电动助力转向系统EPS

电动助力转向系统EPS，其原理是根据车速以及驾驶员输入的转向角度及扭矩信息，对驾驶员施加的转向力进行增益，从而帮助驾驶员更好的控制车辆。根据助力电机装配的位置不同，EPS可分为转向柱助力式(C-EPS)、小齿轮助力式(P-EPS)、双小齿轮助力式(DP-EPS)、齿条助力式(R-EPS)

C-EPS

C-EPS的电机和减速器布置在转向管柱上，电机的转矩和驾驶员的转矩共同转动转向管柱，并通过中间轴、小齿轮传递给齿条，实现助力。C-EPS适用于助力需求小的紧凑型车型；电机布置距离方向盘近，所以易将振动传递到方向盘上。
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P-EPS

P-EPS的电机布置在小齿轮和齿条啮合处。系统结构紧凑，适用于助力需求不大的小型车。
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DP-EPS

DP-EPS也叫双小齿轮助力转向系统EPS(Dual Pinion EPS)，增加一套电机驱动的齿轮轴，优点是相比上述结构，静谧性更好，同时能够提供更大的助力，且电机作用于齿条上，对于电机扭矩波动，手感受到的影响更小，适用于中高端车型。
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R-EPS

R-EPS指齿条平行式，将电机直接布置在齿条上。适合于助力需求大的中大型车辆，一般通过滚珠丝杆和皮带将电机助力传到齿条上
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EPS基本功能

随速助力

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EPS接收方向盘手力矩及车速信息，计算所需助力大小，完成助力。实际操作时，EPS会考虑手感来标定对应助力曲线

回正控制

当释放方向盘时，由于机械摩擦作用，导致方向盘不能按照驾驶员的意愿回到中间位置，此时需要EPS会提供一个辅助回正的力矩，帮助方向盘自动回正，此力矩根据车速、方向盘力矩、方向盘转速及位置综合判断

阻尼控制

为了保证方向盘稳定，加入阻尼补偿，防止在高速情况下由于驾驶员脱手出现方向盘震荡。阻尼补偿值根据方向盘转速及当前车速综合判断

软止点

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软止点，其功能是在齿条行程末端降低助力扭矩，从而在极限位置保护电机，减轻噪音

摩擦补偿

摩擦补偿主要是补偿转向机构之间摩擦力，EPS会根据车速和方向盘扭矩施加一个额外的助力用于抵消摩擦力

惯量补偿

惯量补偿主要是补偿电机的转动惯量，防止电机的转动惯量影响转向手感

相位补偿

EPS助力大小是基于当前速度及方向盘手力矩计算的，若EPS对车速或手力矩的信号响应存在延迟，则会出现相位差，助力大小就会不匹配，加入相位补偿，可提升EPS的响应能力

侧向干扰补偿

当汽车在倾斜道路上行驶或有侧向风时，用户需要不断施加转向力矩，以使车辆保持正确方向。该功能工作原理是车辆在直行过程当中检测到扭矩传感器的力矩超过正常范围时，则由电机主动施加一个反向力矩，以减少驾驶员保持车辆直线行驶所需的转向力

路面震颤抑制

路面震颤抑制功能主要是防止车辆经过坑洼路段时引起方向盘旋转振动，从而影响转向性能。其原理是检测轮速及方向盘手力矩，从中抵消掉由路面颠簸所附加的力矩，维持转向稳定

EPS外部接口

EPS作为执行器，支持上位机通过角度接口、力矩接口、方向盘振动接口请求EPS执行对应逻辑

角度接口

上位机可发送角度请求【一般为小齿轮转角】给EPS，EPS内部将角度换算成电机端扭矩执行相应指令；在控制过程中，由EPS执行PID角度控制闭环，控制性能曲线如下：
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其中对控制性能影响最大的主要有：EPS响应延迟T1、超调量ang1、稳态误差ang2

力矩接口

上位机可发送力矩请求【上位机自己将角度换算为电机端扭矩】给EPS，EPS执行电机端扭矩；在控制过程中，由EPS执行PID力矩控制闭环，控制性能曲线如下：
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其中对控制性能影响最大的主要有：EPS响应延迟T1、超调量tq1、稳态误差tq2

方向盘振动接口

上位机可发送方向盘振动请求给EPS，EPS通过执行正弦扭矩控制实现方向盘振动；
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上位机对EPS的需求

接口需求

对于上位机来讲，力矩接口和角度接口都能实现对应的控制请求，但两者在控制过程中还是存在一些差异：
控制精度：上位机一般都是通过角度去作规划控制的，如果使用力矩接口，就需要在上位机侧作角度和力矩的对应关系，但上位机毕竟不是专精作转向控制的，在对应关系上难免会存在误差；如果使用角度接口，上位机只需要把规划控制所需的角度发给EPS，由EPS来作角度与力矩对应关系，相比力矩接口，对应关系更为精准些，因此角度控制接口比力矩控制接口的精度要高，此接口适用于对控制精度要求较高的功能，如ICA、NOP等
手感：力矩接口和角度接口的手感差异主要体现在稳态控制上，一个是角度闭环，一个是力矩闭环；对于角度闭环，EPS将通过最大扭矩去执行稳态控制，这样人手搭载方向盘上时，稍微动一下方向盘就会感觉到有明显的对抗力；对于力矩闭环，EPS通过爬升扭矩来进行稳态控制，因此力矩控制接口比角度控制接口手感要好，此接口适用于对手感要求较高的功能，如LDP