基于tms320f2812的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究
楊新華，陳超，楊麗
（遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，葫蘆島125105）
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tms320f2812 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。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較高的可靠性和良好的助力特性。
關(guān)鍵詞：汽車；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向；tms320f2812；脈寬調(diào)制
中圖分類號(hào)：tp271+．4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848( 2010) 02-0074-03
0引 言
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(eps)系統(tǒng)足一種依靠電動(dòng)機(jī)直接提供輔助轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，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，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)之一。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)?***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。本文基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向原理，制定了相關(guān)控制策略，設(shè)計(jì)了一種基于tms320f2812 dsp控制的eps系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較好的轉(zhuǎn)向性能。
1 eps系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
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)向器等組成。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( ecl)，電子控制單元在綜合車速傳感器送來(lái)的車速信號(hào)等，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，從而起到財(cái)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)單元送給合理的控制信號(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。系統(tǒng)的控制核心為tms320f2812 dsp114。當(dāng)汽車點(diǎn)火時(shí)。dsp上電后對(duì)eps系統(tǒng)進(jìn)行自檢，白檢通過(guò)后，閉合繼電器和離合器，eps系統(tǒng)開始工作。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，扭矩傳感器檢測(cè)到方向盤的扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，車速傳感器檢測(cè)到車速信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理之后送到tms320f2812相應(yīng)端口，dsp根據(jù)方向盤扭矩，通過(guò)tms320f2812的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)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。在工作過(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)斷開繼電器，恢復(fù)到機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。
2。2 tms320f2812電源電路
由于tms320f2812芯片的核心電壓為1.8 v，i/o口電壓為3.3 v，而實(shí)際控制電壓采用5v，所以必須使用電源轉(zhuǎn)換芯片。本系統(tǒng)采用tps7333q和tps73018芯片，他們使用pmos晶體管傳送電流，pmos元件的柵極由電壓驅(qū)動(dòng)，工作電流較低且在負(fù)載范圍內(nèi)不變。同時(shí)他們還具有內(nèi)部電流限制和過(guò)熱保護(hù)特點(diǎn)，把輸出電流限制到大約ia。具體電路如圖3和圖4所示。
3控制策略
控制策略原理如圖5所示。eps控制系統(tǒng)助力輸出轉(zhuǎn)矩，由電動(dòng)機(jī)目標(biāo)助力控制算法和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制算法兩部分組成。前者根據(jù)駕駛員對(duì)方向盤施加的力矩和車速確定電機(jī)助力目標(biāo)電流；后者根據(jù)電機(jī)目標(biāo)電流和電機(jī)反饋電流對(duì)電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行閉環(huán)控制。
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