基于DSP的電動(dòng)助力轉向系統的設計

摘要：電動(dòng)助力轉向(EPS)是一種新型的汽車(chē)動(dòng)力轉向技術(shù)。設計了一種基于TMS320LF2407A DSP控制的汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統，介紹了其硬件組成及軟件結構，采用PID控制策略對電機電流進(jìn)行閉環(huán)控制，利用PWM技術(shù)控制電機的電壓，以調節助力電流達到助力轉向的目的。并做了Matlah仿真實(shí)驗，仿真結果表明，該系統具有良好的助力特性。
關(guān)鍵詞：汽車(chē)；電動(dòng)助力轉向；TMS320LF2407A；脈寬調制

0 引言
電動(dòng)助力轉向(Electric Power Steering，EPS)系統是一種依靠電動(dòng)機直接提供輔助轉矩的動(dòng)力轉向系統，將最新電力電子技術(shù)與電機控制技術(shù)應用于汽車(chē)轉向系統，大大提高了汽車(chē)的經(jīng)濟性、動(dòng)力性和機動(dòng)性，適應了現代汽車(chē)技術(shù)的要求，并且節約燃料，有利于環(huán)保，已成為目前世界汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一。與傳統的液壓轉向系統相比，EPS系統可較容易地實(shí)現在車(chē)速不同時(shí)電動(dòng)機提供的助力也不同，保證汽車(chē)在低速行駛時(shí)轉向輕便靈活，高速行駛時(shí)轉向穩定可靠。本文基于電動(dòng)助力轉向原理，采用了PID控制策略，設計了一種基于TMS320LF2407A DSP控制的EPS系統，仿真結果表明采用PID控制方法可以達到較好的轉向性能。

1 EPS系統結構和工作原理
圖1所示為典型的齒輪一齒條式電動(dòng)助力轉向系統示意圖，其基本組成包括扭矩傳感器、車(chē)速傳感器、電子控制單元(ECU)、電動(dòng)機、減速機構及齒輪齒條轉向器等。當汽車(chē)轉向時(shí)，扭矩傳感器測出方向盤(pán)的輸出扭矩，送給電子控制單元(ECU)，電子控制單元再綜合車(chē)速傳感器送來(lái)的車(chē)速信號，并根據相應的控制策略確定一個(gè)目標電流，控制電動(dòng)機轉動(dòng)。電動(dòng)機的輸出轉矩通過(guò)離合器、減速機構的作用使車(chē)輪偏移一定的角度，從而起到對轉向系統的助力作用。電子控制單元對傳感器檢測到的上述信號進(jìn)行運算分析后，向驅動(dòng)單元送出合理的控制信號，控制電機的電流大小和方向，同時(shí)將電壓的電流信號作為反饋信號送到電子控制單元，形成閉環(huán)控制方式。

2 電動(dòng)助力轉向系統硬件設計
2．1 控制原理
EPS系統硬件控制原理如圖2所示，該系統是利用電流反饋技術(shù)建立起來(lái)的，其控制核心為T(mén)MS320LF2407A DSP。當汽車(chē)點(diǎn)火時(shí)，接通蓄電池電源，DSP上電后對EPS系統進(jìn)行自檢，自檢通過(guò)后，閉合繼電器和離合器，EPS系統開(kāi)始工作。當駕駛員轉動(dòng)方向盤(pán)，即把扭矩傳感器檢測到方向盤(pán)的扭矩和轉動(dòng)方向信號，車(chē)速傳感器檢測到車(chē)速信號，經(jīng)過(guò)處理之后送到TMS32LF2407A相應端口，DSP根據方向盤(pán)扭矩，通過(guò)PWM口發(fā)出電流指令和相應的轉向控制端口發(fā)出轉向命令，通過(guò)驅動(dòng)電路及由4個(gè)MOSFET組成的H橋電路驅動(dòng)電機轉向。在此過(guò)程中，DSP檢測到有故障發(fā)生時(shí)，將驅動(dòng)警示燈發(fā)亮進(jìn)行報警提示，同時(shí)斷開(kāi)繼電器，恢復到機械轉向狀態(tài)。