基于DSP的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計

摘要：電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)是一種新型的汽車動力轉(zhuǎn)向技術。設計了一種基于TMS320LF2407A DSP控制的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，介紹了其硬件組成及軟件結(jié)構，采用PID控制策略對電機電流進行閉環(huán)控制，利用PWM技術控制電機的電壓，以調(diào)節(jié)助力電流達到助力轉(zhuǎn)向的目的。并做了Matlah仿真實驗，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的助力特性。
關鍵詞：汽車；電動助力轉(zhuǎn)向；TMS320LF2407A；脈寬調(diào)制

0 引言
電動助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering，EPS)系統(tǒng)是一種依靠電動機直接提供輔助轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將最新電力電子技術與電機控制技術應用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，大大提高了汽車的經(jīng)濟性、動力性和機動性，適應了現(xiàn)代汽車技術的要求，并且節(jié)約燃料，有利于環(huán)保，已成為目前世界汽車技術發(fā)展的研究熱點和前沿技術之一。與傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，EPS系統(tǒng)可較容易地實現(xiàn)在車速不同時電動機提供的助力也不同，保證汽車在低速行駛時轉(zhuǎn)向輕便靈活，高速行駛時轉(zhuǎn)向穩(wěn)定可靠。本文基于電動助力轉(zhuǎn)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(tǒng)，仿真結(jié)果表明采用PID控制方法可以達到較好的轉(zhuǎn)向性能。

1 EPS系統(tǒng)結(jié)構和工作原理
圖1所示為典型的齒輪一齒條式電動助力轉(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)、電動機、減速機構及齒輪齒條轉(zhuǎn)向器等。當汽車轉(zhuǎn)向時，扭矩傳感器測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的車速信號，并根據(jù)相應的控制策略確定一個目標電流，控制電動機轉(zhuǎn)動。電動機的輸出轉(zhuǎn)矩通過離合器、減速機構的作用使車輪偏移一定的角度，從而起到對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力作用。電子控制單元對傳感器檢測到的上述信號進行運算分析后，向驅(qū)動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 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件設計
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建立起來的，其控制核心為TMS320LF2407A DSP。當汽車點火時，接通蓄電池電源，DSP上電后對EPS系統(tǒng)進行自檢，自檢通過后，閉合繼電器和離合器，EPS系統(tǒng)開始工作。當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，即把扭矩傳感器檢測到方向盤的扭矩和轉(zhuǎn)動方向信號，車速傳感器檢測到車速信號，經(jīng)過處理之后送到TMS32LF2407A相應端口，DSP根據(jù)方向盤扭矩，通過PWM口發(fā)出電流指令和相應的轉(zhuǎn)向控制端口發(fā)出轉(zhuǎn)向命令，通過驅(qū)動電路及由4個MOSFET組成的H橋電路驅(qū)動電機轉(zhuǎn)向。在此過程中，DSP檢測到有故障發(fā)生時，將驅(qū)動警示燈發(fā)亮進行報警提示，同時斷開繼電器，恢復到機械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。