汽車eps系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上汽車EPS系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)汽車EPS系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 選定MC9512DG128單片機(jī)為處理器的電子控制單元，對(duì)ECU選型及引腳資源分配、選擇了電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)開發(fā)了驅(qū)動(dòng)電路、升壓電路及電源電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋電路和信號(hào)獲取電路設(shè)計(jì)以及部分自檢電路。 EPS 控制 汽車 1引言轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是保證車輛行駛的主要車輛子系統(tǒng)之一，其性能直接關(guān)系到車輛的舒適性和安全性。良好的操縱穩(wěn)定性和駕駛感覺是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)追求的目標(biāo)?；卣卦谝欢ǔ潭壬媳ＷC了汽車操縱穩(wěn)定性，但增加了駕駛員的轉(zhuǎn)向阻力，尤其是大型車輛的低速轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員的工作強(qiáng)度較高，不利于駕駛舒適性。為了改善這個(gè)矛盾，起初通過增大轉(zhuǎn)向

2、系中的減速比，但這樣會(huì)使轉(zhuǎn)向變得十分遲鈍，滿足不了轉(zhuǎn)向靈敏度的要求，為了解決轉(zhuǎn)向系“輕”與“靈”的矛盾，采用了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。上個(gè)世紀(jì)50年代開始出現(xiàn)了助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在此后的二、三十年中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了機(jī)械式、液壓式、電控液壓式等幾個(gè)階段。由于傳統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率消耗大、易泄漏、轉(zhuǎn)向助力不易控制等缺點(diǎn)，汽車工程師一直在尋求一種更好的助力方式，以期獲得較強(qiáng)的路感、較輕的操縱力、較好的回正穩(wěn)定性、較高的抗千擾能力和較快的響應(yīng)性。到了上世紀(jì)80年代，人們開始研究電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 （Electric Power steering，簡(jiǎn)稱EPS）系統(tǒng)。在EPS系統(tǒng)研究伊始，因?yàn)槌杀靖?，難以投入商業(yè)生

3、產(chǎn)，在實(shí)驗(yàn)室階段停留了許多年。但是隨著控制元件成本大幅度降低，以及人們對(duì)于環(huán)保問題關(guān)注程度的不斷上升，使EPS系統(tǒng)這個(gè)集環(huán)保、節(jié)能、安全、舒適為一體的高科技產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用成為可能。 2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)方案EPS系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：電子控制單元（ECU）、車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器、助力電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向柱總成等?？偝傻牟贾煤椭﹄姍C(jī)的裝配如所示圖1所示。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械系統(tǒng)中加裝助力電機(jī)完成的，機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。 3系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能是采集來自轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的號(hào)，經(jīng)控制器運(yùn)算、判斷后，控制

4、伺服電動(dòng)機(jī)為駕駛?cè)藛T的轉(zhuǎn)向提供輔助力。另外，考慮到其應(yīng)用對(duì)象的特殊性，其安全性要求的絕對(duì)地位，系統(tǒng)還需要提供許多應(yīng)急方案。綜合考慮電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能要求和一些特殊要求，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的件設(shè)計(jì)主要包括以下一些主要模塊。分別是：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器選型與引腳定義、控制單元接口電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及其保護(hù)電路、傳感器信號(hào)處理電路、電源系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)等。EPS系統(tǒng)整體工作流程如圖2所示。統(tǒng)硬件控制框圖如上圖2所示，系統(tǒng)供電為車載蓄電池直流電源，控制核心為ECU。當(dāng)汽車點(diǎn)火開關(guān)閉合時(shí)，ECU上電后對(duì)EPS系統(tǒng)進(jìn)行自檢，自檢通過后，EPS系統(tǒng)便開始工作。駕駛員操縱方向盤轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到方向盤的轉(zhuǎn)

5、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)過輸入接口電路處理后送至ECU相應(yīng)端口，單片機(jī)根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車速等數(shù)據(jù)，并依據(jù)系統(tǒng)助力特性，確定助力電流的大小和方向，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號(hào)并通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。 4系統(tǒng)PID算法的確定由于電機(jī)自身的電感很小，故將電感忽略，因此電機(jī)端電壓Um，電樞電流Im ，反電動(dòng)勢(shì)Kb系數(shù)，轉(zhuǎn)速之間關(guān)系可表示為：Um=R*Im+Kb*Nm （1）；對(duì)于直流永磁電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，令Ka為常數(shù)，則式（1）變?yōu)椋篣m=Ka*Tm+Kb*Nm （2）。由公式（2）可以看出，由于使用的是直流電機(jī)，電機(jī)本身對(duì)轉(zhuǎn)矩Tm和轉(zhuǎn)速N的調(diào)節(jié)

6、能力很強(qiáng)，即電機(jī)能夠適應(yīng)外界干擾，自身調(diào)整轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩去適應(yīng)外界的阻力矩的能力很強(qiáng)，故反饋控制算法不需要對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行嚴(yán)格控制，控制的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速的增加或減小平穩(wěn)，使電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)因負(fù)載阻力矩突然增加或減少而造成的電機(jī)激轉(zhuǎn)或停機(jī)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性控制可以將電機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋信號(hào)構(gòu)成反饋通道，進(jìn)行閉環(huán)控制.與電流反饋方式相比，這種控制方式的側(cè)重點(diǎn)不同。這種反饋控制不用到電流傳感器，反饋信號(hào)噪聲小，不用復(fù)雜的消除雜波和噪聲處理電路，控制精度高，抗干擾能力強(qiáng)。 5系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)“CODEWARIOR FOR S12”是面向以HC12或S12CPU的單片機(jī)嵌入式應(yīng)用開發(fā)軟件包。包括集

7、成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)臁⑷酒抡?、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。圖4.1所示為Codewarrior編輯界面。本課題應(yīng)用Codewarrior編寫、編譯、調(diào)試程序，最后通過Debug命令將生成機(jī)器碼燒入MC9S12DG128B中。在硬件搭建好以后，軟件的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到商用車EPS系統(tǒng)性能，因此在軟件開發(fā)中，應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌全局，方法得當(dāng)，考慮周到，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)行中穩(wěn)定可靠，并且要有一定的實(shí)時(shí)性。EPS系統(tǒng)最好采用模塊設(shè)計(jì)方法使每個(gè)工作模塊的功能清楚，結(jié)構(gòu)清晰，便于檢測(cè)和調(diào)試，各個(gè)模塊之間通過全局變量和相互調(diào)用使軟件形成一個(gè)完整系統(tǒng)，完成其預(yù)定的功能。商用車EPS應(yīng)完成的任務(wù)如下：低速轉(zhuǎn)向輕便，高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，輕車助力小，重車助力大；輸入轉(zhuǎn)向力矩很小的區(qū)域，基本不起助力作用，以防止轉(zhuǎn)向過度靈敏；回正要到位，超調(diào)量要小，回正振蕩幅度要??；助力大小和方向要可靠和準(zhǔn)確，如發(fā)生故障，要停止助力；不能有頓挫感，各區(qū)段過渡要平滑，以免操縱力出現(xiàn)跳躍。 6結(jié)論本文在分析EPS工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的總體開發(fā)方案及控制方法進(jìn)行了深入地研究。分析汽車ESP系統(tǒng)工作原理，確定了控制系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了以MC9S12DG128B單片機(jī)為核心的電子控制單元硬