电子助力系统EPS功能、方案、测试介绍

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转向系统是汽车重要的组成部分，也是人与汽车之间的重要连接工具，它随着汽车整体的发展和新技术的出现而推陈出新，从刚开始的机械转向、机械式液压助力转向HPS、电液助力转向EHPS、电动助力转向EPS，以及当前最新的线控转向SBW。

今天要聊的是电动助力转向系统EPS，1988年2月日本铃木公司首次在其Cervo 车上装备汽车电动助力转向。在此之后，电动助力转向技术迅速发展。大发、三菱、本田、德尔福汽车系统公司先后研制出电动助力转向系统并装配在其产品上。当前电动助力转向在车上已经非常普遍了。下面会从电助力转向系统的工作原理、EPS控制单元测试、EPS冗余三方面来梳理。

01.

系统组成及工作原理
电助力转向系统EPS由机械转向系统、方向盘扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元(ECU)、电机和减速机构等组成，如下图所示。



▲ EPS系统组成简图

其中转角传感器用于实时检测转向盘的转动方向以及转向盘的位置，转矩传感器用于实时检测转向盘转矩大小并将信号输送到EPS控制单元。转角、转矩传感器的精度决定了电动助力转向系统的性能可靠性。

车速传感器用来测量车速的大小。车速传感器一般采用电磁感应式传感器‚安装在变速箱上。该传感器根据车速的变化把主副两个系统的脉冲信号传送给ECU。

助力电动机的特性直接影响到EPS系统控制的难易程度和驾驶员的手感。EPS系统对助力电动机的基本要求是：应具有高可靠性、大功率、低噪声和振动，较低的摩擦转矩、较小的体积和重量；能够在堵转下输出转矩；有良好的机械特性，在工作过程中转矩波动尽量要小；转动惯量尽可能小；应能快速反转。

目前 EPS系统的助力电动机通常有永磁直流电动机、直流无刷电动机和开关磁阻电动机等。直流有刷电动机技术成熟、控制器简单、成本低、但存在电刷易磨损、功率密度低、由换向器的电火花产生的电磁干扰等缺点。直流无刷电动机采用电子换向、减少了换向时的电火花，不需要经常维护以及具有较高的效率和功率密度而受到越来越多的关注。

减速机构与电动机相连，起减速增扭作用。EPS系统的减速机构常采用蜗轮蜗杆机构、循环球螺杆螺母、行星齿轮机构等。为了保证EPS系统只在预先设定的车速范围内起作用，有的 EPS系统还配用离合器。当车速达到某一值时离合器分离，电动机停止工作，转向系统转为手动转向。另外当电动机发生故障时离合器将自动分离。

ECU的功能是根据转向盘转角、转矩和车速信号进行逻辑分析与计算后，发出指令控制助力电动机的动作。此外ECU还有安全保护和自我诊断功能。ECU通过采集电动机的电流、发电机电压、发动机工况等信号判断其系统工作状况是否正常，一旦系统工作异常，助力将自动取消，同时ECU将进行故障诊断分析。

整个系统的工作原题大致为：ECU根据扭矩传感器、转角传感器的信号以及通讯总线发来的车速等其他信息决定电机的转动方向和最佳助力扭矩，向电机发出控制信号，通过功率驱动电路控制电机的转动，电机的输出经过减速机构减速增扭后，驱动齿轮齿条机构，产生相应的转向助力。通过精确的控制算法，可改变电机的扭矩，使传动机构获得所需的助力值。

由于转矩传感器与转向轴连接在一起，当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成电信号传给ECU，ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。因此它可以很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果，保证汽车在低速转向行驶时轻便灵活，高速转向行驶时稳定可靠。



▲ EPS控制简要原理图(来源：汽车电子与软件)



▲ EPS系统控制策略简图

02.

各芯片厂商的设计方案
整体来说，还是几家主要的MCU厂商提供的方案，包括ST、英飞凌、瑞萨。

首先看看ST的EPS方案，其由 ST 车规级 32-bit PowerPC 架构的微处理器 SPC560P50 以及6路MOS驱动IC L9908和车规级MOS组成。方案适合12V、24V、48V系统，同时也具备相应的诊断保护功能。



▲ ST系统框图

SPC560P50拥有适合于电机开发的FlexPWM以及适配CTU的ADC模块，支持高达64MHz主频的内核更能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驱动的输出，拥有能读取全故障列表的SPI接口，更适合于标准的三相永磁同步电机方案的开发。

该方案的软件基于ST的SPC5Studio与MCTK（电机控制套件）开发，其中免费的IDE SPC5Studio 提供MCU的各种外设支持，成熟的MCTK平台也提供了各种用于电机控制的接口，可帮助客户减少底层开发周期，并且用于快速系统调试。

电机控制工具套件的关键特点：

符合AEC-Q100120MHz Flex PWM模块通过SPC5Studio插件配置SPC5 FOC Lib实现FOC控制的嵌入式软件库（SPC5-MCTK-LIB）SPC560P + L9908板
带感应/无感应器的BLDC电机

下面是英飞凌的EPS解决方案，其中主控芯片Tricore的TC33X或TC36X，PMIC为大家熟知的TLF35584，转矩传感器为TLE499X，三相驱动芯片为TLE9180等，整体方案如下图所示。



该方案提供独具特色的故障运行EPS芯片组，且均经过验证。不同于独立的解决方案，经过校准的芯片组能够减少开发工作量。降低BOM材料成本，且支持扩展，适用于不同车型和驾驶模式。
系统特定：

功能强大、可扩展、体积小经认证的互操作性EPS系统支持基于nx3 相的故障安全和故障运行一致的安全概念，专注于电源和微控制器可通过软件进行调整：适用于多种驾驶模式和车型
支持升级，以满足未来需求，如自动驾驶的线控转向

瑞萨提供的方案主要基于自己的 RH850/P1x以及RAA270005 PMIC来设计，总体方案如下图所示。



03.

冗余方案
冗余，意味着备份，首先是硬件层面，包括冗余传感器，主流的冗余传感器通常提供4路转矩信号和2路转角信号，ECU是冗余EPS的核心部分，由助力电机以及驱动和控制单元组成，助力电机通常采用六相或十二相无刷直流电机，由于单点失效导致其中三相无法正常驱动时，剩余部分仍可正常工作。该方案中ECU仅有一个。



另外一个方案为 基于双三相无刷直流电机的全冗余电控方案，整个方案采用了双路独立外部供电、双路外部CAN/CANFD通信以及冗余的转矩、转角传感器信号。电机驱动单元、电机位置传感器、电源管理单元、主控MCU也都采用了双备份的冗余架构。双MCU之间采用CANFD通信，实现信号交互、力矩指令传递、故障诊断信号交互等，可以起到相互监控的作用，必要时支持主辅切换，提升了整个系统的安全性和可靠性。



最后除了将ECU、传感器做冗余外，还有业内人士提出了一种带电机冗余的方案，如下图所示，除了机械部分外，其他均有冗余，该方案从复杂程度、以及方案成本来说，都是最高的。



04.

EPS控制器测试
电子转向系统作为车内最重要的系统之一，其安全性至关重要，除了从方案上保证安全外，还需要测试来进行验收闭环，下面来看看EPS ECU硬件测试项，主要分为电压类测试、电流类测试、EMC测试、环境类测试、机械类测试、其它类测试等。

1. 电压测试

运行电压测试

测试条件：在室温、基本性能测试使用的电源电压分别为 9± 0.1V、14±0.1V和 16±0.1V。

满足条件：在电源电压为 12V 时，测量电子设备的暗电流，它应该小于0.3mA；在电源电压为 6V 并且点火时，CAN 通信应可用。

反极性测试

测试条件：测试电压：-18±0.2 V；测试时间：5±0.5 min；计数：两次间隔5min；测试模式休眠模式，该被测设备应在无工作负荷下运行，仅仅可用于无电机电流的通信。

满足条件：测试期间，不应存在损坏零件；测试后，被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行。不允许故障码。

过压测试

测试条件：测试步骤如下表所示，测试模式为休眠模式。

区域	测试电压	测试时间	温度	重复性
试验1	18±0.2V	60min	65℃	1
试验2	24±0.2V	1min	室温	2(5min间隔)

满足条件：测试完成后，被测设备的一个或多个功能在测试时不按设计来执行，但会在测试之后自动恢复到正常运行。不允许未定义的功能。允许存储记忆功能。

电源电压变化测试

测试条件：电压变化如图所示，测试循环大于10个波形周期，测试模式为休眠模式。



满足条件：在测试波形 2 中，如果状态变为停止活动，记录该现象，并重新启动测试；在测试期间和测试后，被测设备的一个或多个功能在测试时不按设计来执行，但会在测试之后自动恢复到正常运行。不允许未定义的功能。允许存储记忆功能。

2.电流类测试

暗电流测试

测试条件：测试电压：12.0±0.1V；测试模式为OFF模式。

满足条件：最大允许暗电流为 0.3mA；测试后，被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行。不允许故障码。

短路测试

测试条件：测试电压：12.0±0.1V，测试方式分别为接地短路测试，电池短路测试，测试时间为5min/次，测试模式为休眠模式。

满足条件：被测设备的一个或多个功能在测试期间不按照设计执行并且在测试后不会恢复到正常运行状态；输出端应确保能经得住短路电流并且在熔断器重置后能恢复到正常状态。

上电/断电测试

测试条件：测试分为上下电和KL15 ON/OFF两种测试场景，对于电池上下电测试方式如下，其中T1为10ms或50ms，对于KL15 ON/OFF，T1 0.5/1/2/3s，测试周期为10。



满足条件：被测设备的一个或多个功能在测试期间不按照设计执行并且在测试后不会恢复到正常运行状态；输出端应确保能经得住短路电流并且在熔断器重置后能恢复到正常状态。

3.EMC测试

辐射抗扰度测试

测试条件：步长不大于表中明确规定的长度；驻留时间：2 s；测试频率特征①C.W；②正弦波振幅（AM）为 1kHz，正弦波的80%处，调制指数m=0.8；③t 大于 577us 且周期为4600 us 时的正弦波脉冲调制（PM 近似于 GSM）；RI 测试频率：80MHz 到 2000MHz，BCI 测试频率：20 MHz 到 400 MHz，其他测试条件和设置可参考ISO11452-2 和 11452-4。

频率范围（MHz）	步长（MHz）	调制
20-200	5	CW，AM
200-400	10	CW，AM
4200-800	20	CW，AM
800-1000	20	CW，AM，PM
1000-2000	20	CW，AM

满足条件：测试设备满足如下测试极限：

项目	域	标准
RI	60V/m	被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行。不允许故障码。
	80V/m	被测设备的所有功能在测试期间按照设计来执行。然而，其中一个或多个可能会超出指定的限度。所有功能在测试后自动恢复到正常限制内。
	100V/m	被测设备的所有功能在测试期间按照设计来执行。然而，其中一个或多个可能会超出指定的限度。所有功能在测试后自动恢复到正常限制内。

项目	域	标准
BCI	80mA	被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行。不允许故障码。
	100mA	被测设备的所有功能在测试期间按照设计来执行。然而，其中一个或多个可能会超出指定的限度。所有功能在测试后自动恢复到正常限制内。

4.环境类测试
高温工作测试

测试条件：将样件放在85±3℃条件下1±0.5h之后；测试时间：168h；重复以下休眠模式10min；被测设备无操作电压，同整车状态完整的线束模式50 min；12.0 ±0.2v；再放置在正常温度下 2h，然后进行基本功能测试。

满足条件：在测试期间和测试之后，被测设备的一个或多个功能在测试期间不
按照设计执行并且在测试后不会恢复到正常运行状态。

低温工作测试

测试条件：将样件放置在（-30±3）℃环境下1±0.5h之后；测试时间：168 h；重复以下测试模式；休眠模式10 min，同整车状态完整的线束模式50 min；12.0 ±0.2v；再放置在正常温度下 2h，然后进行基本功能测试。 若离开室温后出现问题， 需拆解以观察是否有明显缺陷。

满足条件：在测试期间和测试之后，被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行，不允许故障码；且无外部应变或损坏。

低温操作测试

测试条件：将样件放置在（-30±3）℃环境下1±0.5h之后；测试时间：168 h；重复以下测试模式；休眠模式10 min，同整车状态完整的线束模式50 min；12.0 ±0.2v；再放置在正常温度下 2h，然后进行基本功能测试。

满足条件：在测试期间和测试之后，被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行，不允许故障码；且无外部应变或损坏。

恒定湿热测试

测试条件：将被测件暴露于温度 85±3℃、湿度 93%±3%[RH] 的环境下 21 天； 测试模式为休眠模式，但测试期间的最后一个小时需将被测件 调整到满足条件运行模式。

满足条件：在测试期间和测试之后，被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行，不允许故障码；当测试结束后，将样件置于常温下 2 小时并去除水分，然后进行基本操作测试。

5.机械测试

机械冲击测试

将被测件按实车位置安装，按照下表数据进行测试。

条件	值
加速度	峰值250±25m/s2
时间	10ms
方向	前、后、左、右、上、下
冲击次数	每个方向400次

满足条件：在测试期间和测试之后，被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行，不允许故障码；且无外部应变或损坏。无外部应变或损坏。

6.自由落体/坠落测试

测试条件：坠落高度：被测件从 1m高处自由坠落到混凝土或钢铁的表面；坠落次数：每个样件测试两次；坠落的方向：第二次自由坠落的方向和第一次相反，但除了连接器的那一面。

满足条件：如果有外部应变或损坏，DUT 不通过功能测试；如果没有外部应变或损坏，在测试期间和测试之后，被测设备的所有功能在测试期间或之后按照设计来执行，不允许故障码；且无外部应变或损坏。无外部应变或损坏。

除了以上测试外，耐化学测试、气体腐蚀测试、电池充放电测试、抛负载测试、24V 电压启动车辆测试，就不一一赘述了。

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hk4835

作为汽车工程师，对于电动助力转向系统EPS有深入的了解。EPS采用电机作为助力源，为转向系统提供辅助扭矩，从而提高转向的轻便性和灵活性。其工作原理基于传感器检测转向盘的转动信号，控制器根据信号判断助力需求，驱动电机提供助力。EPS控制单元测试包括性能、耐久、安全和电磁兼容等方面，确保系统可靠稳定。针对EPS冗余设计，保证主控制单元故障时，备用控制单元能接管工作，提升系统的可靠性。总体来说，EPS技术为汽车转向系统带来革新，广泛应用于各类车型中。

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andyo7

针对所给帖子关于汽车电动助力转向系统EPS的介绍，作为汽车工程师，我回复如下：

电动助力转向系统EPS是现代汽车转向系统的重要组成部分，其工作原理主要是通过电机提供助力，辅助驾驶员进行转向操作。该系统具有优秀的响应特性和稳定性。关于EPS功能，主要包括转向轻便、回正力矩控制等。方案上，主要涵盖硬件设计、控制算法开发等。测试环节，我们会对EPS控制单元进行严格的功能和性能测试，确保在各种工况下都能稳定工作。此外，EPS冗余设计也是确保行车安全的重要手段。随着技术的发展，EPS已经在各大汽车厂商中广泛应用。大发、三菱等公司已成功应用并装配在其产品上，其普及程度可见一斑。以上是对EPS的简单介绍，如需更深入了解，欢迎进一步交流。

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lixinfu

以下是针对电子助力系统EPS功能、方案、测试的介绍：

EPS作为转向系统的重要组成部分，为汽车提供了更为精准和灵活的转向体验。其工作原理主要是通过电机提供助力，辅助驾驶员进行转向操作。该系统具有多种功能，如随速助力特性、回正中心功能等，提升了驾驶的舒适性和安全性。

方案上，EPS的设计需结合车辆的具体需求，包括硬件设计、传感器配置以及控制算法的开发。其中，控制算法是关键，需确保在各种工况下都能为驾驶员提供恰当的助力。

测试方面，EPS需经过严格的性能测试和验证。包括功能测试、性能测试、耐久测试等。同时，还需进行冗余设计，确保在极端情况下，如电力中断时，系统仍能正常工作。

当前，EPS技术已非常成熟，并在众多车型中得到广泛应用。其优异的性能表现和可靠的冗余设计，使得汽车在转向过程中更加稳定、安全。

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hk4835

关于电动助力转向系统（EPS）的功能、方案及测试介绍如下：

EPS作为现代汽车转向系统的重要组成部分，通过电机提供辅助扭矩，减轻驾驶员转向时的力矩负担。其工作原理简单描述为：转向时，扭矩传感器感知转向盘的转动，发送信号给EPS控制器，控制器根据车速和转向角度等参数计算助力扭矩，并通过电机提供。

方案方面，EPS设计包括硬件和软件两部分。硬件包括扭矩传感器、EPS控制器和助力电机等。软件则涉及控制算法，以确保精确控制助力扭矩。

测试环节，我们首先对EPS控制单元进行功能测试，如助力特性验证和回正控制等。其次进行耐久性和可靠性测试。最后，对EPS的冗余功能进行测试，确保在系统故障时仍能提供基础助力功能，提高行车安全性。

以上即为EPS功能、方案及测试的基本介绍。随着技术的发展，EPS系统性能将不断提升，为驾驶者提供更加舒适和安全的驾驶体验。

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baoshijie

回复：

关于电动助力转向系统（EPS）的介绍：

一、功能及方案：
EPS主要辅助驾驶员进行转向操作，提升转向轻便性和路感反馈。通过电机提供助力，依据车速、转向角度及转向速率等参数智能调节助力大小。方案包括硬件设计、传感器配置及算法优化，确保转向精准且流畅。

二、工作原理：
EPS由扭矩传感器、电机、控制器等组成。工作时，传感器检测转向盘的转动信号，控制器根据这些信号计算所需助力并控制电机提供相应助力。

三、测试介绍：
EPS控制单元需经过严格测试，包括功能测试、性能测试和可靠性测试。功能测试验证其在不同工况下提供适当助力的能力；性能测试评估响应速度和助力精度；可靠性测试则确保其在极端环境下的稳定性。

四、EPS冗余：
为提高安全性，EPS设计有冗余功能。当主控制单元出现故障，备用控制单元将立即接管，确保转向助力不间断。

总之，电动助力转向系统EPS已成为现代汽车不可或缺的组成部分，其先进的技术和严格的生产测试保证了驾驶的舒适性和安全性。

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shinch

关于电动助力转向系统（EPS）的介绍如下：

一、电动助力转向系统（EPS）工作原理
EPS主要由扭矩传感器、电动机和助力机构等组成。其通过扭矩传感器检测方向盘的转向意图，为驾驶员提供适量的助力，使转向更加轻便灵活。

二、EPS控制单元测试
EPS控制单元是系统的核心部分，其性能直接影响转向效果。测试环节包括控制单元的硬件测试、软件功能测试以及系统联调测试等，确保系统的可靠性和稳定性。

三、EPS冗余设计
为确保行车安全，EPS系统还具备冗余设计。当主控制单元出现故障时，备用控制单元能迅速接管，保证转向系统的基本功能。此外，我们还会对系统进行定期维护和检查，确保系统的正常运行和安全性。随着技术的发展，EPS系统将会更加完善，为驾驶者提供更优质的驾驶体验。

转向系统是汽车的关键部分，与驾驶者之间有着紧密联系。其中电动助力转向系统（EPS）在现代汽车中得到了广泛应用，其工作原理、测试方法和冗余设计都是保证驾驶安全和提高驾驶体验的关键技术环节。

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开垦者

作为汽车工程师，针对您关于电动助力转向系统（EPS）功能的讨论，我会回复如下：

EPS工作原理介绍：EPS基于电动机提供辅助扭矩，以优化转向轻便性和驾驶稳定性。系统通过传感器监测转向状态，按需提供助力，减轻驾驶者转向时的劳动强度。

EPS功能方案：包括扭矩传感器、电动机、电子控制单元等关键部件。通过精确控制算法，实现转向力矩的精准输出和调节。系统还可集成多种功能如自动回正、路感反馈等。

EPS测试介绍：为确保性能与可靠性，进行多项测试如功能性测试、耐久测试、可靠性测试等。通过模拟不同路况和驾驶情境，验证EPS在不同条件下的表现。

EPS冗余方案：为提高安全性，设计冗余系统以应对关键部件故障。当主系统出现故障时，冗余系统可接管部分功能，确保车辆安全行驶。此外，EPS的普及促进了线控转向SBW等新技术的发展与应用。在实际车辆中，EPS已成为标配技术。

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lidenghui

针对所给帖子关于汽车电动助力转向系统EPS的介绍，以下是我的专业回复：

电动助力转向系统EPS是现代汽车转向技术的重要突破。其工作原理主要是通过电机提供助力，辅助驾驶员进行转向操作。该系统包括传感器、控制器和执行器等部件，共同协作以实现转向的精准控制。关于EPS功能，它不仅可以提供可变转向助力，还能在紧急情况下提供额外的转向助力，提升驾驶安全性。

在方案方面，EPS设计需考虑车辆整体性能、道路条件及驾驶员习惯等因素。测试环节至关重要，包括功能测试、性能测试和耐久测试等，确保系统在各种条件下都能稳定运行。此外，EPS冗余设计也是关键，以确保在主要系统出现故障时，仍能保障基本的转向功能。目前，EPS在车上已经广泛应用，展现了其高效、稳定的性能。

以上是对电动助力转向系统EPS的简要介绍，希望对你有所帮助。

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