基于DSP的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)是一種新型的汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)。設(shè)計(jì)了一種基于TMS320LF2407A DSP控制的汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，介紹了其硬件組成及軟件結(jié)構(gòu)，采用PID控制策略對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行閉環(huán)控制，利用PWM技術(shù)控制電機(jī)的電壓，以調(diào)節(jié)助力電流達(dá)到助力轉(zhuǎn)向的目的。并做了Matlah仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的助力特性。
關(guān)鍵詞：汽車；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向；TMS320LF2407A；脈寬調(diào)制

0 引言
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering，EPS)系統(tǒng)是一種依靠電動(dòng)機(jī)直接提供輔助轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將最新電力電子技術(shù)與電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，大大提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和機(jī)動(dòng)性，適應(yīng)了現(xiàn)代汽車技術(shù)的要求，并且節(jié)約燃料，有利于環(huán)保，已成為目前世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，EPS系統(tǒng)可較容易地實(shí)現(xiàn)在車速不同時(shí)電動(dòng)機(jī)提供的助力也不同，保證汽車在低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輕便靈活，高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定可靠。本文基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向原理，采用了PID控制策略，設(shè)計(jì)了一種基于TMS320LF2407A DSP控制的EPS系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明采用PID控制方法可以達(dá)到較好的轉(zhuǎn)向性能。

1 EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖，其基本組成包括扭矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元(ECU)、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)及齒輪齒條轉(zhuǎn)向器等。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，扭矩傳感器測(cè)出方向盤的輸出扭矩，送給電子控制單元(ECU)，電子控制單元再綜合車速傳感器送來(lái)的車速信號(hào)，并根據(jù)相應(yīng)的控制策略確定一個(gè)目標(biāo)電流，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)離合器、減速機(jī)構(gòu)的作用使車輪偏移一定的角度，從而起到對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力作用。電子控制單元對(duì)傳感器檢測(cè)到的上述信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算分析后，向驅(qū)動(dòng)單元送出合理的控制信號(hào)，控制電機(jī)的電流大小和方向，同時(shí)將電壓的電流信號(hào)作為反饋信號(hào)送到電子控制單元，形成閉環(huán)控制方式。

2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 控制原理
EPS系統(tǒng)硬件控制原理如圖2所示，該系統(tǒng)是利用電流反饋技術(shù)建立起來(lái)的，其控制核心為TMS320LF2407A DSP。當(dāng)汽車點(diǎn)火時(shí)，接通蓄電池電源，DSP上電后對(duì)EPS系統(tǒng)進(jìn)行自檢，自檢通過(guò)后，閉合繼電器和離合器，EPS系統(tǒng)開(kāi)始工作。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，即把扭矩傳感器檢測(cè)到方向盤的扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)，車速傳感器檢測(cè)到車速信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理之后送到TMS32LF2407A相應(yīng)端口，DSP根據(jù)方向盤扭矩，通過(guò)PWM口發(fā)出電流指令和相應(yīng)的轉(zhuǎn)向控制端口發(fā)出轉(zhuǎn)向命令，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路及由4個(gè)MOSFET組成的H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)向。在此過(guò)程中，DSP檢測(cè)到有故障發(fā)生時(shí)，將驅(qū)動(dòng)警示燈發(fā)亮進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)斷開(kāi)繼電器，恢復(fù)到機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。