詳解如何設計汽車(chē)助力轉向系統電控單元

PID參數可以由試湊發(fā)初步得到，然后根據試驗結果進(jìn)行修正。

3 硬件設計

3.1 總體設計

單片機是控制器的核心，其選型需要考慮適用性、可靠性、片內資源、價(jià)格等多種因素。單片機選型恰當與否直接影響機構控制系統的性能及設計難易程度度。本設計采用Freescale公司的16位高精度MC9S12DP256單片機。MC9S12DP256內置5個(gè)CAN模塊、2個(gè)8通道10位A/D轉換模塊、8個(gè)PWM通道，總線(xiàn)速度25 MHz，采用5 V供電，112腳LQFP封裝。此單片機，內部資源豐富，可大大簡(jiǎn)化控制系統硬件電路，其可靠性高，非常適用于EPS控制。設計中沒(méi)有用到的管腳引到電路板上，以便于后續開(kāi)發(fā)。

硬件設計如圖3所示。車(chē)速、發(fā)動(dòng)機、轉矩信號經(jīng)處理后送給MC9S12DP256單片機，經(jīng)單片機計算后，得到電機助力電流值，經(jīng)驅動(dòng)電路后作用于助力電機，控制電機輸出力矩的大小和方向，同時(shí)對電機電流進(jìn)行采樣，并送回單片機，形成閉環(huán)控制。在助力控制基礎上，設計了電機保護電路和故障診斷與提示電路。一旦檢測到故障存在，立即斷開(kāi)離合器，改用純手動(dòng)轉向，并發(fā)出故障信號，從而保證了行車(chē)安全。

3.2 控制系統硬件電路設計

硬件電路設計主要包括電源轉換電路、扭矩信號處理電路、車(chē)速信號處理電路、CAN通信電路、時(shí)鐘電路。具體設計如下：

電源轉換由于單片機工作時(shí)管腳電壓為+5 V供電，而車(chē)載電源電壓為+12 V。因此，需要對+12 V電壓進(jìn)行轉換，變成+5 V。本設計中采用7805電壓轉換芯片進(jìn)行電壓變換。

扭矩信號處理由于扭轉傳感器獲得的是一些微弱的小信號，容易受干擾，因此需要對其進(jìn)行濾波處理。本設計采用型濾波電路，R12取大電阻，提高輸入阻抗。

車(chē)速處理電路車(chē)速信號為+12 V單極性方波，電壓太高，不能直接用于單片機，需要將其變換為+5 V以?xún)鹊姆讲?。利用LM358對其進(jìn)行處理，經(jīng)轉換后得到高電平為3.72 V，低電平為0.01V的方波信號。

CAN總線(xiàn)驅動(dòng)電路MC9S12DP256內部集成了CAN總線(xiàn)控制器，CAN驅動(dòng)電路只需要物理層驅動(dòng)即可。本設計選用82C250芯片進(jìn)行設計。

時(shí)鐘電路時(shí)鐘是單片機工作的基礎。MC9S12DP256單片機內部集成了壓控振蕩器，可在其43、44和46、47引腳分別接上鎖相環(huán)電路和16MHz的晶振電路。組成MC9S12DP256時(shí)鐘電路，提供25MHz的時(shí)鐘信號。

具體電路設計如圖4所示。

4 系統軟件設計

EPS控制軟件采用模塊化設計，包括進(jìn)行系統初始化、信號采集、控制狀態(tài)判、控制模式判斷、PWM占空比計算、系統狀態(tài)監控及保護、電流閉環(huán)模塊、通信模塊等。EPS控制系統需要同時(shí)執行多個(gè)任務(wù)，為了保證系統的實(shí)時(shí)性和可靠性，采用中斷服務(wù)方式，將整個(gè)軟件部分分為主程序和中斷服務(wù)子程序。主程序設計流程如圖5所示。

5 結束語(yǔ)

文中分析了汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統的工作原理。設計了直線(xiàn)型助力特性曲線(xiàn)，建立了增量式閉環(huán)PID控制策略，減小了芯片的計算量，增強了系統的助力跟隨性。利用MC9S1 2DP256單片機的豐富內部資源，簡(jiǎn)化了EPS硬件電路系統，降低了電路間的干擾，從而提升了系統可靠性，設計了基于MC9S12DP256的EPS控制系統硬件電路，并給出了軟件設計流程。本文設計的EPS系統可以編寫(xiě)多種EPS控制算法，有利于后續深入研究。對于控制性能的優(yōu)化將在進(jìn)一步的控制策略研究和試驗中進(jìn)行。