基于A(yíng)RM單片機的汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統的研究

摘　要： 在研究了電動(dòng)助力轉向系統(EPS)及其控制器(ECU)結構和工作原理的基礎上，設計了基于A(yíng)RM S3C44B0X單片機的控制系統。通過(guò)方向控制電路、H橋電機驅動(dòng)電路和PWM脈寬調制技術(shù)實(shí)現對電機的控制。研制的硬件控制器通過(guò)了有關(guān)的電氣性能測試，并采用模糊PD控制策略對EPS原地轉向的助力特性進(jìn)行了仿真分析。

電動(dòng)助力轉向系統(EPS)是汽車(chē)工程領(lǐng)域的熱門(mén)課題之一，目前研究的主要內容為EPS系統的控制規則和硬件控制器(ECU)的設計，而控制規則的實(shí)現必須以一個(gè)穩定、可靠的控制器為基礎?，F有的控制器多數基于功能增強的8位單片機，也有的用DSP。目前，以32位處理器作為高性能嵌入式系統開(kāi)發(fā)的核心是嵌入式技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。ARM處理器因其具有突出的優(yōu)點(diǎn)在32位微控制器領(lǐng)域里得到非常廣泛的應用,在32位嵌入式系統應用中穩居世界第一[1]。在汽車(chē)電子技術(shù)領(lǐng)域，從車(chē)身控制、底盤(pán)控制、發(fā)動(dòng)機管理、主被動(dòng)安全系統到車(chē)載娛樂(lè )、信息系統等，都離不開(kāi)嵌入式技術(shù)的支持[2]，因此，ARM處理器在汽車(chē)電子領(lǐng)域有著(zhù)良好的應用前景。本文研究了電動(dòng)助力轉向系統(EPS)及其控制器(ECU)的結構和工作原理，并在此基礎上研究了基于A(yíng)RM S3C44B0X單片機的電動(dòng)助力轉向控制系統。

1 EPS工作原理

圖1是一個(gè)典型的電動(dòng)助力轉向系統原理圖。當汽車(chē)轉向時(shí)，轉矩傳感器測出方向盤(pán)的輸出轉矩，送給控制器ECU，控制器再綜合由車(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、減速機構施加給轉向柱輸出軸，并經(jīng)過(guò)齒輪齒條等轉向機構的作用使車(chē)輪偏轉一定的角度，從而起到對轉向系統的助力作用。

2 控制器的結構和原理

　　控制器主要由A/D采集電路、H橋電機控制電路和系統保護電路等組成，其結構如圖2所示。當車(chē)輛啟動(dòng)后，系統接收到點(diǎn)火信號，開(kāi)始進(jìn)入工作狀態(tài)，采集轉矩信號和車(chē)速信號并送給單片機。根據已定的控制規則，由系統確定一個(gè)目標電流和電機轉動(dòng)的方向，并以PWM調制的方式通過(guò)H橋電路來(lái)驅動(dòng)電機轉動(dòng)。同時(shí)，系統對電機的輸出電流進(jìn)行采樣，一方面將采樣結果與目標電流相比較，用以對電機進(jìn)行控制；另一方面結合車(chē)速信號，用以對系統的保護[3]。當電機電流大于設定值或車(chē)速高于設定值時(shí)，為了保護電機和系統的安全，控制器將對繼電器發(fā)出一個(gè)控制信號，斷開(kāi)電機電源，停止助力，待系統正常后，再恢復助力功能。

3 控制器的設計