單片機(jī)控制下的汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析

令狐昌偉

摘要：汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用主要是發(fā)揮出直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)槠?chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供有效的輔助動(dòng)力。通過(guò)電子控制單元等重要硬件，對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行集中采集，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制輸出，然后依照相關(guān)指令要求對(duì)電動(dòng)機(jī)基本運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，刺激機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。本文分析研究了單片機(jī)控制下的汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制；汽車(chē)電動(dòng)助力；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP275 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）09-0003-02

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與汽車(chē)工業(yè)技術(shù)全面發(fā)展，在現(xiàn)代化生活領(lǐng)域汽車(chē)與人們之間的關(guān)系聯(lián)系更加緊密。為了保障汽車(chē)能夠輕松轉(zhuǎn)向，在高速行駛狀態(tài)下不會(huì)產(chǎn)生較大的漂浮感，目前汽車(chē)工業(yè)發(fā)展中主要通過(guò)液壓控制作為重要的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)快速發(fā)展，人們開(kāi)始改變傳統(tǒng)的液壓控制方式，通過(guò)電子控制進(jìn)行替代，也促使電子控制式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用。

1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本特點(diǎn)概述

電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向柱中帶有轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸位置安裝減速裝置，然后通過(guò)應(yīng)用各類(lèi)電子設(shè)備來(lái)進(jìn)行有效控制。對(duì)原有的純機(jī)械式手動(dòng)轉(zhuǎn)向不會(huì)產(chǎn)生較大影響，在相應(yīng)速度范圍中還能有效補(bǔ)充相應(yīng)轉(zhuǎn)向動(dòng)力。與傳統(tǒng)液壓控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用相比，目前電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下應(yīng)用特點(diǎn)。轉(zhuǎn)向作用力控制范圍逐步變寬，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)車(chē)速變化情況對(duì)電動(dòng)機(jī)助力進(jìn)行控制，具有良好的轉(zhuǎn)向靈活性。當(dāng)車(chē)速較快時(shí)，能夠確保電動(dòng)機(jī)與離合器有效分離，電動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的輔助動(dòng)力。電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在運(yùn)行中實(shí)際能耗較低，占用體積較小，能夠防止油路系統(tǒng)產(chǎn)生較大的能源消耗，對(duì)摩擦系數(shù)大小進(jìn)行控制，避免產(chǎn)生較大噪聲，在較高的溫度環(huán)境下也能進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，這也是液壓控制系統(tǒng)不具有的特性。在電子控制中，具有高精度、抗干擾能力強(qiáng)等特征，通過(guò)輸出信號(hào)能夠?qū)φ`差進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)用PID閉環(huán)系統(tǒng)能夠通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)[1]。

2 系統(tǒng)基本構(gòu)成與運(yùn)行原理分析

從圖1所示中能夠看出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)以及工作原理，在單片機(jī)控制下汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增設(shè)信號(hào)檢測(cè)、處理以及執(zhí)行裝置，具體組成部分有電子控制單元、電動(dòng)機(jī)、傳感器、離合器、電動(dòng)電流傳感器、扭矩傳感器等。

目前車(chē)速傳感器主要是應(yīng)用電磁感應(yīng)式，在車(chē)輪半軸、半軸套管等位置進(jìn)行安裝，能夠?qū)?chē)輛基本行進(jìn)速度進(jìn)行控制。電流傳感器的應(yīng)用主要是對(duì)流經(jīng)電機(jī)的電流進(jìn)行測(cè)量。電子控制單元中通過(guò)傳感器能夠?qū)?chē)輛電流、扭矩、實(shí)時(shí)車(chē)速等相關(guān)信號(hào)進(jìn)行收集，然后對(duì)信號(hào)采取集中處理措施，再對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行控制，通過(guò)離合器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)能夠?yàn)檗D(zhuǎn)向部件提供推動(dòng)力。其中減速機(jī)構(gòu)應(yīng)用主要是降速增扭。離合器在應(yīng)用中具有較多作用，在手動(dòng)和電動(dòng)中能夠有效切換，等到車(chē)速升高到固定值之后，需要斷開(kāi)離合器，通過(guò)手動(dòng)轉(zhuǎn)向。離合器能夠起到良好的保護(hù)作用，當(dāng)電路和電機(jī)發(fā)生故障之后，不會(huì)提供助力，等到車(chē)輛轉(zhuǎn)向行駛過(guò)程中處于非常危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)收线M(jìn)行檢測(cè)，需要迅速斷開(kāi)離合器[2]。

EPS控制系統(tǒng)硬件基本構(gòu)成從圖2所示中能夠看出，此電路主要是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)電路進(jìn)行控制，電流對(duì)電路進(jìn)行測(cè)量。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要是由FET橋式電路、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)線路上電流傳感器和繼電器構(gòu)成。從圖3所示中能夠看出，通過(guò)單片微機(jī)輸出的控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)FET驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)，通過(guò)橋式電路控制電流流向，對(duì)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)問(wèn)題進(jìn)行控制。電流傳感器對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)閉環(huán)反饋控制，能夠確保電流電流與目標(biāo)電流保持一致性，繼電器開(kāi)閉能夠?qū)﹄妱?dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制板電路進(jìn)行通斷電[3]。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制電路通過(guò)直流變電器能夠?qū)㈦娏鬟M(jìn)行轉(zhuǎn)變，解決單片機(jī)信號(hào)電路電壓和驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路電壓相互協(xié)調(diào)，在控制信號(hào)與FET驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間能夠?qū)崿F(xiàn)光電隔離器隔離，防止不同信號(hào)電路之間產(chǎn)生較大干擾。電流測(cè)量電路主要是由穿心電流傳感器組成，需要對(duì)電流測(cè)量范圍進(jìn)行控制，對(duì)目標(biāo)電流進(jìn)行全面跟蹤[4]。

3 軟件功能和設(shè)計(jì)

應(yīng)用軟件能夠根據(jù)車(chē)速以及方向盤(pán)基本扭矩為電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供有效動(dòng)力，電機(jī)助力大小需要進(jìn)行控。在軟件實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)入循環(huán)監(jiān)控程序之后，定時(shí)對(duì)車(chē)速、方向盤(pán)扭矩、電機(jī)基本電流進(jìn)行信號(hào)收集和處理。如果實(shí)際車(chē)速較大，超出50km/h時(shí)，此時(shí)方向盤(pán)基本扭矩較低，為了提高安全性，可以分離離合器，確保EPS系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，不會(huì)斷電。如果實(shí)際車(chē)速低于50km/h，根據(jù)車(chē)速為點(diǎn)擊運(yùn)行提供有效助力。實(shí)際助力大小主要是由電機(jī)電流大小進(jìn)行控制，能夠?yàn)殡娏魈峁┏渥銊?dòng)力。ECU通過(guò)模糊推理控制算法，能夠計(jì)算輸出控制電流，再根據(jù)電流傳感器傳回電流構(gòu)成閉環(huán)控制，具體操作程序如圖4所示。

根據(jù)方向盤(pán)的實(shí)時(shí)扭矩值進(jìn)行判定，通過(guò)驗(yàn)證程序能夠獲取相關(guān)扭矩門(mén)限值。當(dāng)方向盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)應(yīng)用時(shí)提供反向助力。當(dāng)方向盤(pán)在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)中，電機(jī)運(yùn)行中能夠提供正向助力。從圖3中能夠看出電流方向能夠促使電機(jī)正轉(zhuǎn)，提供充足的正向動(dòng)力。軟件在無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu)中能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行循環(huán)監(jiān)控，在實(shí)際監(jiān)控中要及時(shí)對(duì)電力傳感器、車(chē)速傳感器、扭矩傳感器相關(guān)數(shù)值進(jìn)行采集，通過(guò)電流傳感器檢測(cè)能夠確保電流值與目標(biāo)電流值保持一致[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

EPS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能夠改變汽車(chē)轉(zhuǎn)向性能，能夠降低方向盤(pán)扭矩，在長(zhǎng)期研究中需要不斷完善，在安全性、實(shí)時(shí)性、隨動(dòng)性基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，確保系統(tǒng)商品化進(jìn)程全面加快。

參考文獻(xiàn)

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