汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控單元的研究

3 基于PIC單片機(jī)的ECU系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3-1 ECU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

3.1 ECU工作原理

系統(tǒng)的控制核心為PIC16F877單片機(jī)，控制單元結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。整個(gè)系統(tǒng)由車載12V蓄電池供電，ECU工作時(shí)，扭矩、轉(zhuǎn)角、車速、溫度等傳感器把采集到的信號(hào)經(jīng)過輸入接口電路處理后送至單片機(jī)的相應(yīng)端口, 單片機(jī)根據(jù)系統(tǒng)助力特性和相應(yīng)算法對(duì)這些數(shù)據(jù)分析處理,以確定助力電流的大小和方向，并通過單片機(jī)的PWM口發(fā)出脈沖指令和相應(yīng)的換向控制端口發(fā)出換向指令，通過驅(qū)動(dòng)電路和H橋電路控制直流電動(dòng)機(jī)工作。在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路上設(shè)有電流傳感器，該傳感器把檢測(cè)到的電機(jī)實(shí)際工作電流通過電流探測(cè)電路反饋到單片機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)相應(yīng)的控制算法對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。如EPS系統(tǒng)工作出現(xiàn)異常,單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)EPS燈亮進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)斷開繼電器、離合器，退出電動(dòng)助力工作模式，轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)助力模式[3]。

3.2 PIC16F877單片機(jī)簡(jiǎn)介

該款機(jī)型是美國Microchip公司生產(chǎn)的8位RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，具有高速數(shù)據(jù)處理的特性(執(zhí)行速度可達(dá)120ns)，PIC16F877內(nèi)部自帶看門狗定時(shí)器、具有256Bytes的EEPROM、8k空間的FLASH存儲(chǔ)器、8路10位AD轉(zhuǎn)換功能、2個(gè)脈寬調(diào)制CCP模塊、在線燒錄調(diào)試（ISP）功能，寬電壓工作，可靠性高。PIC16F877有8級(jí)深度的硬件堆棧，RAM區(qū)的每個(gè)Byte位都可以尋址，有4條專用的位操作指令和2條移位指令。

3.3 直流電動(dòng)機(jī)的選擇

無刷直流電機(jī)在控制特性、效率、轉(zhuǎn)矩脈沖、制造成本等方面，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本項(xiàng)目采用永磁式無刷直流電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)源。

3.4 扭矩、轉(zhuǎn)角傳感器的選擇

本文采用意大利BI公司的扭矩、位置復(fù)合傳感器，該傳感器除了提供扭矩信號(hào)外，還提供方向盤位置信號(hào)，為回正和阻尼邏輯的開發(fā)提供了便利。

3.5 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路必須能夠高精度、快速地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩，從而滿足EPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。本項(xiàng)目中后向通道的核心控制采用脈寬調(diào)制（PWM）控制H橋電路。直流電機(jī)PWM控制方式有多種，根據(jù)電機(jī)工作的實(shí)際需要和系統(tǒng)的整體要求，本項(xiàng)目采用受限單極可逆PWM控制模式，主要優(yōu)點(diǎn)在于可以避免開關(guān)管同臂導(dǎo)通，運(yùn)行可靠性高、不需附加延時(shí)電路、開關(guān)頻率相對(duì)較高，特別適用于大功率、大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、可靠性要求較高的直流電機(jī)控制的場(chǎng)合。