基于OSEK/VDX的電動(dòng)助力轉向系統設計

阻尼控制可以衰減汽車(chē)高速行駛時(shí)出現的方向盤(pán)抖動(dòng)現象，消除轉向輪因路面輸入而引起的擺振。其原理很簡(jiǎn)單，即汽車(chē)處于高速行駛時(shí)，使電動(dòng)機短路，其端電壓變?yōu)榱?，電?dòng)機將不提供助力，但由于感應電動(dòng)勢的作用，電動(dòng)機將產(chǎn)生與其轉動(dòng)方向相反的轉矩。此過(guò)程等于增加了轉向系統的阻尼，駕駛員能夠獲得適當的路感，不致有發(fā)飄的感覺(jué)。

2 EPS控制系統ECU設計

　　EPS系統實(shí)現的主要功能是采集扭矩傳感器信號、車(chē)速傳感器信號和電動(dòng)機反饋電流信號，經(jīng)控制器中的控制策略和控制算法，通過(guò)脈寬調制控制伺服電動(dòng)機為駕駛員提供轉向輔助力。另外，考慮到其應用對象的特殊性，其安全性要求的絕對地位，系統還需要提供許多應急處理方案。

　　EPS系統的硬件設計主要包括以下一些主要模塊：控制器核心系統設計、控制單元接口電路、電動(dòng)機驅動(dòng)及其保護電路、電磁離合器控制電路、傳感器信號處理電路以及電源系統電路的設計等，如圖2所示。在這里主要介紹一下控制器和電機驅動(dòng)電路。

圖2 EPS硬件電路結構示意圖

　　2.1 控制器

　　EPS系統的微控制器采用的是Microchip公司的PIC18F458芯片。該系列芯片具有以下性能：

　?、?16位寬指令，8位寬數據通道，2 MB的程序存儲器、4 KB的數據存儲器，高達10 MIPS的執行速度。

　?、?40 MHz時(shí)鐘輸入，4～10 MHz帶PLL鎖相環(huán)有源晶振/時(shí)鐘輸入。

　?、?帶優(yōu)先級的中斷和8×8單周期硬件乘法器。

　?、?捕捉/比較/脈寬調制（CCP）模塊：

　　捕捉輸入——16位，最大分辨率為6.25 ns；

　　比較單元——16位，最大分辨率為100 ns；

　　脈寬調制（PWM）輸出——分辨率為1～10位；

　　最高PWM頻率——8位時(shí)頻率為156 kHz，10位時(shí)頻率為39 kHz。

　?、?增強型CCP模塊除具有以上CCP特性外，還具有1、2、4路的PWM輸出，可選擇PWM極性，可編程的PWM死區時(shí)間。

　?、?10位，8通道的A/D轉換。

　?、?CAN總線(xiàn)模塊。

　 2.2 驅動(dòng)電路設計

　　電動(dòng)機控制電路的設計在電動(dòng)助力轉向系統的設計中是比較關(guān)鍵的部分。隨著(zhù)計算機進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現，直流電動(dòng)機的結構和控制方式都發(fā)生了很大的變化，采用全控型的開(kāi)關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調制(Pulse Width ModulaTIon，PWM)的控制方式已成為絕對主流。在本系統中，電機的控制就是采用的PWM脈寬調制控制方式。全橋雙極性驅動(dòng)電路如圖3所示。

　　PIC18F458單片機的ECCP引腳連接2個(gè)驅動(dòng)芯片IR2110（每個(gè)IR2110可控制2個(gè)MOSFET），來(lái)控制4個(gè)MOSFET的導通和截止，從而實(shí)現對助力電機的控制。EPS系統需要實(shí)現3種控制方式：常規控制、回正控制和阻尼控制。

圖3 助力電機驅動(dòng)電路