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EPS用无位置传感器式无刷直流电机直接转矩控制研究
摘要：
本文研究了利用无位置传感器式无刷直流电机直接转矩控制技术来实现高效能、高可靠性的电动助力转向系统(EPS)的设计和实现。通过分析传统的EPS的缺点及无位置传感器式无刷直流电机的优点，提出利用该技术方案来实现EPS的控制系统的构造方法，通过实验验证该技术方案具有高稳定性、高精度、高效能等优点，可以更好地适应现代汽车发展的需求。
关键词：电动助力转向系统(EPS)、无位置传感器式无刷直流电机、直接转矩控制
一、引言
在汽车的转向系统中，由于传统的液压式转向系统存在各种缺点，例如能量消耗大、噪声大、易冻结等，因此，逐渐被新的电动助力转向(EPS)系统代替。EPS系统主要由转向助力操纵单元、控制单元、传感器等组成。其中控制单元是中枢，能够根据车速、转向角度、转向速度等参数来控制转向力度和助力大小，并将输出的信号送到转向助力操纵单元。
在控制单元中，电机是一个重要的组成部分，它可以将电能转化为机械能，提供转向力量。无位置传感器式无刷直流电机的优点在于具有高效能、高精度、高稳定性等特点，同时降低了硬件成本和系统设计复杂度等问题，因此近些年来被广泛采用。在EPS系统中，可以采用该技术方案来实现电动助力转向。
二、EPS系统的研究
EPS系统是指将电机助力作为驾驶员操纵力量的转向系统。它主要由驾驶员操纵单元、控制单元、电机、转向器、传感器等组成。其中控制单元是中枢，它能够检测车速、转向角度、转向速度等参数，然后通过算法控制转向力度和助力大小，并将输出的信号通过电机送到转向器，从而实现转向。
传统的EPS系统采用带位置传感器的直流电机控制技术，而该技术方案的缺点在于需要使用钢制齿轮、减速器和位置传感器等硬件组成，同时需要复杂的控制算法，工艺复杂，造价高。因此，近年来无位置传感器式无刷直流电机技术成为一种新的选择，该技术方案通过检测电机终端的电流和电动势，来推算电机的位置和速度，从而替代了位置传感器，简化了EPS的控制系统，并且提高了EPS系统的稳定性、精度等性能。
三、无位置传感器式无刷直流电机的研究
无位置传感器式无刷直流电机是指采用了半导体的电子学技术代替了机械位置感应器，能够实现更为稳定的电机控制系统。无位置传感器控制是通过检测电机在工作状态下产生的电动势和电流两个信号来实现。电机工作时，电路中的磁场是在转子和定子之间产生的，转子在定子磁场作用下旋转。在电机旋转时，电机终端将产生电势信号，根据电势信号大小和方向来获取电机位置，从而实现对电机的控制。
在无位置传感器的技术方案中，主控芯片能够通过检测电机压差来确定电机位置，接下来通过转子位置判断电机转速，通过改变电机的电流来控制电机的位置和速度。无位置传感器技术在EPS系统中的应用使得控制电路更加简化，同时提高了系统的可靠性和稳定性，减少了电路的复杂度，从而提高了转向的精度和效率。
四、采用无位置传感器式无刷直流电机实现EPS转向系统的设计
EPS转向系统的设计需要一个高效、高稳定、高精度的直流电机控制系统。根据无位置传感器式无刷直流电机的原理，可以通过控制电机终端的电流和电势来控制电机的位置和速度。在EPS控制单元中，需要加入对无位置传感器型无刷直流电机的控制模块。该模块包含芯片驱动电路、功率模块、传感器模块等组成。控制模块首先需要通过CAN总线收集来自传感器的数据，然后根据数据输出调整电机电流，从而控制差动转向器的转向。下面介绍采用无位置传感器型无刷直流电机的控制原理。
（1）转向助力控制
通过检测驾驶员操纵杆来控制转向助力，这需要先将操纵杆的运动转换成电信号，通过CAN总线送到控制单元中。控制单元根据收集的数据，采用软件算法来计算出差动转向器的转向力度，然后通过PWM控制差动转向器的拖曳即可实现转向。
（2）转向助力矫正
当操纵杆旋转到达一定角度后，需要对转向助力进行矫正，以修正操纵杆的位置误差，同时保证转向的准确性。通过检测操纵杆旋转速度实现矫正措施。
（3）电机控制
在EPS系统中，无位置传感器型无刷直流电机通常采用正交编码器，将输入的脉冲经过编码器转换成正交码，在控制单元中进行解码，从而得到无位置传感器型无刷直流电机的转子位置和转速。根据电机输出的速度和转子位置，可获取电机转动的实际情况，并通过算法控制电机的电流，从而实现对转向器的控制。
五、技术优点和应用前景
通过对EPS系统传统技术的分析，以及无位置传感器式无刷直流电机控制技术的研究，可以得出以下优点：
（1）该技术方案实现了EPS系统的电动化，提高了系统稳定性和精度。
（2）在EPS系统中，无位置传感器式无刷直流电机控制系统具有更高的效能和精度，可应用于各种复杂的驾驶情况。
（3）改进后的EPS系统可满足现代汽车对安全、舒适、节能等方面的要求，具有广阔的市场应用前