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汽车电动助518彩网登录力转向系统电控单元设计

文章来源:admin 更新时间:2020-09-15

  转向编制是汽车的主要构成个别,其机能直接影响着汽车行驶的太平性和安静性。汽车转向配件早期的汽车转向编制为纯死板转向编制,没有助力,转向动力齐全由驾驶员供应,驾驶体验差。从上世纪30年代今后,渐渐呈现了助力转向编制。目前,汽车助力转向重要有3种形态:液压助力转向编制(Hydraulic Power Steering,HPS),电控式液压助力转向编制(Electric Hydraulic Power Steeing,EHPS)以及电动助力转向编制(Electric Power Steering System,EPS)。比拟前两种,EPS由电机供应辅助力矩,没有油编制,很大水准下降了汽车转向编制的繁杂度,且正在燃油成果、模块化、助力成效和处境友谊性等各方面具有明白的上风。凭据EPS助力电机正在齿轮和转向柱总成上位子的差异,EPS编制分为转向柱助力式、齿条助力式、小齿轮助力式和双小齿轮助力式4品种型。小齿轮和转向柱助力式运用于轻型车辆,双小齿轮助力式运用于重型车辆。它们正在组成上都具有3个基础部件:电控单位(Electrie Control Unit,ECU)、助力电机和安置正在转向柱上的扭矩传感器。文中针对小型轿车,以美邦Freescale公司的16位单片机MC9S12DP256为中心举行了EPS担任器的策画。

  电动助力转向编制机闭如图1所示,重要由偏向盘、扭矩传感器、电子担任单位(ECU)、电机、电磁聚散器、减速机构、齿轮齿条转向器构成。正在汽车动员机点燃后,转动偏向盘时,由安置正在转向轴上的扭矩传感器测得转向力矩,并送给ECU,ECU凭据转矩和车速,通过预先修树好的助力特征弧线和担任战术揣度出一个电机所需的最佳电流,从而担任电机输着力矩和转动偏向,然后历程减速机构施加到转向机构,最终获得一个与行驶工况相适当的转向影响力,辅助驾驶员转向。

  此中:Th为偏向盘输入转矩,Js为转向柱、盘总成转动惯量,Bs为输入轴阻尼系数,Ks为力矩传感器刚度系数,Tm电机输着力矩,Km为助力电机和减速机构的刚度系数,Jm为助力电机转动惯量,Bm为助力电机阻尼系数,M为齿条质料,Br为齿条和转向轮粘性阻尼系数,Kr为齿条当量刚度,G为助力机构传动比,rp为小齿轮半径,s为偏向盘转角,m为电机转角,xr为齿条位移,Fr为转向阻力。

  EPS助力特征是驾驶员输入转矩和电机助力力矩(助力电流)之间的闭连。汽车内行驶经过中,转向阻力跟着车速的扩大而下降。为了得回汽车低速行驶时转向的轻省性和高速行驶时的太平性,正在同种行驶境况下,电机助力力矩跟着车速的升高而减小,并正在车速逾越肯定限度时,电机不举行助力。常睹的助力特征弧线种:直线型、折线型和弧线型。直线型助力特征弧线形态浅易,实践中容易调动和完毕。因而,文中采用直线型助力特征举行担任器策画。直线型助力特征可展现为如下函数闭连:

  此中:Th为电机对象力矩,f(v)为车速觉得系数,Tmax为电机最大助力力矩,Td0为出手助力时驾驶员输入最小力矩,Tdmax为电机供应最大助力时驾驶员输入力矩。

  助力特征参数确定:Td0=1 Nm,Tdmax=7.6Nm,Thmax=21Nm。车速觉得系数遵守外1所示准则确定(最终必要实车测试后举行校正),车速凌驾80 km/h时,电机不举行助力。

  EPS编制担任是对电机电流巨细和偏向的担任。其担任算法的利害直接影响着转向编制的机能。本文采用目前普通运用于工业担任界限的PID担任算法。PID担任太平性和牢靠性高、及时性强、且担任与调试举措浅易,易于完毕,适适用于汽车电动助力转向编制的担任。因而,PID担任是现阶段EPS担任编制重要的担任战术。

  为了减小揣度量,升高转向编制的及时性,本策画采用增量式PID担任,用担任量的增量△u举动举动担任器的输出。其完毕举措如下:

  助力电机对象电流可能由单片机凭据此刻车速、输入转矩、助力特征弧线)可得回对应的PWM增量△u。

  单片机是担任器的中心,其选型必要商酌合用性、牢靠性、片内资源、价钱等众种身分。单片机选型妥帖与否直接影响机构担任编制的机能及策画难易水准度。本策画采用Freescale公司的16位高精度MC9S12DP256单片机。MC9S12DP256内置5个CAN模块、2个8通道10位A/D转换模块、8个PWM通道,总线脚LQFP封装。此单片机,内部资源充分,可大大简化担任编制硬件电途,其牢靠性高,出格合用于EPS担任。策画中没有效到的管脚引到电途板上,汽车转向系统结构图以便于后续斥地。

  硬件策画如图3所示。车速、动员机、转矩信号经执掌后送给MC9S12DP256单片机,经单片机揣度后,518彩网登录获得电机助力电流值,经驱动电途后影响于助力电机,担任电机输着力矩的巨细和偏向,同时对电机电流举行采样,并送回单片机,造成闭环担任。正在助力担任根本上,策画了电机偏护电途和挫折诊断与提示电途。一朝检测到挫折存正在,当即断开聚散器,改用纯手动转向,并发出挫折信号,从而担保了行车安静。

  硬件电途策画重要蕴涵电源转换电途、扭矩信号执掌电途、车速信号执掌电途、CAN通讯电途、时钟电途。实在策画如下:

  电源转换因为单片机事情时管脚电压为+5 V供电,而车载电源电压为+12 V。因而,必要对+12 V电压举行转换,形成+5 V。本策画中采用7805电压转换芯片举行电压变换。

  扭矩信号执掌因为盘旋传感器得回的是少少微小的小信号,容易受作对,因而必要对其举行滤波执掌。本策画采用型滤波电途,R12取大电阻,升高输入阻抗。

  车速执掌电途车速信号为+12 V单极性方波,电压太高,不行直接用于单片机,必要将其变换为+5 V以内的方波。诈欺LM358对其举行执掌,经转换后获得高电平为3.72 V,低电平为0.01V的方波信号。

  CAN总线内部集成了CAN总线担任器,CAN驱动电途只必要物理层驱动即可。本策画选用82C250芯片举行策画。

  时钟电途时钟是单片机事情的根本。MC9S12DP256单片机内部集成了压控振荡器,可正在其43、44和46、47引脚差异接上锁相环电途和16MHz的晶振电途。构成MC9S12DP256时钟电途,供应25MHz的时钟信号。

  EPS担任软件采用模块化策画,蕴涵举行编制初始化、信号搜集、担任形态判、担任形式鉴定、PWM占空比揣度、编制形态监控及偏护、电流闭环模块、通讯模块等。EPS担任编制必要同时践诺众个工作,为了担保编制的及时性和牢靠性,采用终止办事体例,将通盘软件个别分为主次第和终止办事子次第。主次第策画流程如图5所示。

  文平分析了汽车电动助力转向编制的事情道理。策画了直线型助力特征弧线,确立了增量式闭环PID担任战术,减小了芯片的揣度量,巩固了编制的助力跟从性。诈欺MC9S12DP256单片机的充分内部资源,简化了EPS硬件电途编制,下降了电途间的作对,从而晋升了编制牢靠性,策画了基于MC9S12DP256的EPS担任编制硬件电途,并给出了软件策画流程。本文策画的EPS编制可能编写众种EPS担任算法,有利于后续深刻钻探。关于担任机能的优化将正在进一步的担任战术钻探和试验中举行。

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