汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的控制

劉勝男

摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不斷升級(jí)，汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的控制也開始受到學(xué)界的廣泛關(guān)注，基于此，本文簡(jiǎn)單介紹了汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制方式選擇、控制策略選擇，希望以此能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制策略

受汽車工業(yè)快速發(fā)展影響，具備提升汽車操作穩(wěn)定性、安全性的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸成為各類汽車的標(biāo)配，該系統(tǒng)具備的方便汽車總布置設(shè)計(jì)、提高轉(zhuǎn)向操縱方便性、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)也開始被更多業(yè)內(nèi)外人士認(rèn)可，而為了進(jìn)一步提升汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，正是本文圍繞汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制開展具體研究的原因所在。

1 轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制方式選擇

1.1 電子開關(guān)器件選擇

研究選擇了應(yīng)用較為廣泛的永磁有刷直流電機(jī)作為汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)，該電機(jī)的電子開關(guān)器件主要負(fù)責(zé)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，功率晶體管、可關(guān)斷晶閘管、功率場(chǎng)效應(yīng)管等均屬于較為常見的電子開關(guān)器件，而綜合對(duì)比并考慮汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)需要，最終選擇了功率場(chǎng)效應(yīng)管作為電子開關(guān)器件，這是由于功率場(chǎng)效應(yīng)管具備柵極驅(qū)動(dòng)電流需求較小、開關(guān)速度快、損耗低、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、安全工作區(qū)寬、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。

1.2 轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的調(diào)壓驅(qū)動(dòng)方式選擇

受直流電機(jī)控制方式、結(jié)構(gòu)變化影響，基于計(jì)算機(jī)控制的電力電子功率器件大量涌現(xiàn)，PWM控制方式的應(yīng)用也成為業(yè)界主流，而結(jié)合本文研究需要，筆者選擇了PWM控制方式中的定頻調(diào)寬法與受限單極式控制方式作為轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的調(diào)壓驅(qū)動(dòng)方式，由此即可有效避免調(diào)壓驅(qū)動(dòng)方式選擇不當(dāng)引發(fā)的振蕩問題，汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制在惡劣環(huán)境、頻繁啟動(dòng)等環(huán)境下的正常工作時(shí)間與穩(wěn)定型也將得到更好保障，汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性也將由此大幅提升。

1.3 轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案選擇

為合理選擇汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，必須考慮轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)功能、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能，考慮到轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)特性，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電源、可靠性、控制輸入端、效率、輸出電流和電壓范圍提出的要求和影響，研究最終選擇了由MOSFET橋式電路、基極驅(qū)動(dòng)電路（功率常效應(yīng)管）、電流傳感器（電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路）、繼電器（電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路）組成的轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方案，方案中的單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)算車輛完成轉(zhuǎn)向任務(wù)所需的目標(biāo)電流值（結(jié)合系統(tǒng)助力特性、傳感器提供數(shù)字信號(hào)），由此MOSFET橋式電路將最終輸出目標(biāo)電流滿足汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的安全控制需要。

2 轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制策略選擇

2.1 控制目標(biāo)

為滿足汽車安全行駛需要，汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制必須達(dá)成以下目標(biāo)：

（1）為滿足車輛園地停車轉(zhuǎn)向操作需要，需提供完全轉(zhuǎn)向動(dòng)力。

（2）為保證駕駛員開始轉(zhuǎn)向操作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的啟動(dòng)，需保證響應(yīng)速度足夠快。

（3）為滿足車輛左、右靈活轉(zhuǎn)動(dòng)需要，轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制需具備正、反兩個(gè)方向控制需要。

（4）需保證方向盤任意位置停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以此滿足汽車轉(zhuǎn)向隨動(dòng)作用需要。值得注意的是，上市汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制目標(biāo)均緊密聯(lián)系在一起，而為了避免控制受到轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、電壓波動(dòng)、傳感器噪聲等不良因素影響，相關(guān)策略、算法的支持必不可缺。

2.2 模型建立

為明確轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制策略，必須首先為其建立動(dòng)力學(xué)模型，考慮到汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的復(fù)雜性，研究采用了降階建模方法，由此建立的簡(jiǎn)化汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型（物理）主要由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向輪、傳動(dòng)執(zhí)行電機(jī)、電磁施力器、齒輪齒條機(jī)構(gòu)六部分組成。其中，汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輪動(dòng)力學(xué)方程為

3 結(jié)論

綜上所述，汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制具備較高現(xiàn)實(shí)意義。而在此基礎(chǔ)上，本文涉及的轉(zhuǎn)向力矩的具體控制策略，則證明了研究的實(shí)踐價(jià)值。因此，在汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制相關(guān)的理論研究和實(shí)踐探索中，本文內(nèi)容能夠發(fā)揮一定參考作用。

參考文獻(xiàn)

[1]吳蒙，張飛鐵，文桂林.無人駕駛汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略的研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2016，33 （12）：163-168.

[2]劉軍，袁俊，韓仲光，程偉，王利明，線控轉(zhuǎn)向直流無刷電機(jī)的控制策略研究[J].汽車技術(shù)，2015 （12）：21-24.