CN105128925A - 一种汽车电动助力转向控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车电动助力转向控制系统，包含车速传感器、转矩传感器、波形处理电路、A/D采集电路、微控制器模块、霍尔传感器、显示模块、光电隔离H桥驱动电路、H桥功率放大电路、电动机、离合器、减速器、转向装置，所述车速传感器通过波形处理电路连接微控制器模块，所述转矩传感器通过A/D采集电路连接微控制器模块，所述微控制器模块依次通过光电隔离H桥驱动电路和H桥功率放大电路连接电动机，所述发动机通过离合器分别连接减速器和转向装置，所述电动机的输出端还连接霍尔传感器的输入端，所述霍尔传感器的输出端连接微控制器模块的输入端，所述显示模块与微控制器模块连接。

Description

一种汽车电动助力转向控制系统

技术领域

本发明涉及一种助力转向控制系统，尤其涉及一种汽车电动助力转向控制系统，属于助力转向控制领域。

背景技术

EPS转向系统属于汽车安全相关部件，对电机控制的转矩脉动性能的要求极高。助力电机采用永磁同步电机，由三相逆变全桥进行驱动。在大功率电动助力转向系统中，一般采用永磁同步电机作为助力的执行机构，永磁同步电机的核心控制算法包括弱磁控制和d、q轴的PI(比例积分)控制。在常规的控制方法中，弱磁控制的参数、d轴和q轴PI控制的参数一般是固定不变的。但是在实际电动助力转向系统的运行过程中，电机的温度会升高，从而电机的内阻会发生变化。在电机内阻发生变化的情况下，同样的弱磁控制参数和PI控制参数会造成电机控制的转矩脉动增加，从而影响驾驶员的手上感觉。

电动助力转向系统是汽车工程领域的热门课题之一，目前研究的主要内容为EPS系统的控制规则和硬件控制器的设计，而控制规则的实现必须以一个稳定、可靠的控制器为基础。现有的控制器多数基于功能增强的8位单片机，也有的用DSP。目前，以32位处理器作为高性能嵌入式系统开发的核心是嵌入式技术发展的必然趋势。ARM处理器因其具有突出的优点在32位微控制器领域里得到非常广泛的应用,在32位嵌入式系统应用中稳居世界第一。在汽车电子技术领域，从车身控制、底盘控制、发动机管理、主被动安全系统到车载娱乐、信息系统等，都离不开嵌入式技术的支持，因此，ARM处理器在汽车电子领域有着良好的应用前景。本文研究了电动助力转向系统及其控制器的结构和工作原理，并在此基础上研究了基于ARMS3C44B0X单片机的电动助力转向控制系统。

例如申请号为“201210004420.8”的一种汽车电动助力转向系统，包括：电机绕组温度在线估计模块，采集电机的电流和环境温度，估算电机的绕组温度和绕组电阻；控制参数自调整功能模块，根据估算的电机绕组温度和绕组电阻、电机助力力矩指令值、电机电流、电机转速和电机角度，实时调整电机控制算法中的弱磁参数、d轴PI控制参数与q轴PI控制参数。本发明能在线估计电机绕组温度，以及实现控制参数自调整，在不同的使用工况情况下，减小电机控制扭矩波动。

又如申请号为“201310020827.4”的一种电动汽车转向助力器，电动汽车的迅速发展，人们对汽车的舒适性和安全性有了更高的要求。转向性能作为衡量汽车性能的主要指标，直接影响到汽车操作的稳定性，在确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件。在保证电动的汽车的安全与布局性能中，转向助力器起到了重要的作用。人们对汽车的性能及驾驶起来的合适性要求越来越高，满足人们对汽车转向系统的可靠性、轻便性、灵敏性等性能也越来越高。电动汽车转向助力器提高操纵轻便性，响应灵活，在车辆行驶下，增强安全系数，减少转向冲击，操作灵敏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种汽车电动助力转向控制系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种汽车电动助力转向控制系统，包含车速传感器、转矩传感器、波形处理电路、A/D采集电路、微控制器模块、霍尔传感器、显示模块、光电隔离H桥驱动电路、H桥功率放大电路、电动机、离合器、减速器、转向装置，所述车速传感器通过波形处理电路连接微控制器模块，所述转矩传感器通过A/D采集电路连接微控制器模块，所述微控制器模块依次通过光电隔离H桥驱动电路和H桥功率放大电路连接电动机，所述电动机通过离合器分别连接减速器和转向装置，所述电动机的输出端还连接霍尔传感器的输入端，所述霍尔传感器的输出端连接微控制器模块的输入端，所述显示模块与微控制器模块连接。

作为本发明一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用32位的S3C44B0X单片机。

作为本发明一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述车速传感器的芯片型号为DJS-11。

作为本发明一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述转矩传感器的芯片型号为4503A。

作为本发明一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述显示模块采用LCD显示屏

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明实时采集转矩信号和车速信号，通过方向控制电路、H桥电机驱动电路和PWM脉宽调制技术实现对电机的控制，使得电路设计大为简化，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种汽车电动助力转向控制系统，包含车速传感器、转矩传感器、波形处理电路、A/D采集电路、微控制器模块、霍尔传感器、显示模块、光电隔离H桥驱动电路、H桥功率放大电路、电动机、离合器、减速器、转向装置，所述车速传感器通过波形处理电路连接微控制器模块，所述转矩传感器通过A/D采集电路连接微控制器模块，所述微控制器模块依次通过光电隔离H桥驱动电路和H桥功率放大电路连接电动机，所述电动机通过离合器分别连接减速器和转向装置，所述电动机的输出端还连接霍尔传感器的输入端，所述霍尔传感器的输出端连接微控制器模块的输入端，所述显示模块与微控制器模块连接。

其中，所述微控制器模块采用32位的S3C44B0X单片机，所述车速传感器的芯片型号为DJS-11，所述转矩传感器的芯片型号为4503A，所述显示模块采用LCD显示屏。

当汽车转向时，转矩传感器测出方向盘的输出转矩，送给控制器ECU，控制器再综合由车速传感器送来的车速信号，并根据相应的控制策略确定一个目标电流，控制电动机转动。电动机的输出转矩通过离合器、减速机构施加给转向柱输出轴，并经过齿轮齿条等转向装置的作用使车轮偏转一定的角度，从而起到对转向系统的助力作用。

本系统当车辆启动后，系统接收到点火信号，开始进入工作状态，采集转矩信号和车速信号并送给单片机。根据已定的控制规则，由系统确定一个目标电流和电机转动的方向，并以PWM调制的方式通过H桥电路来驱动电机转动。同时，系统对电机的输出电流进行采样，一方面将采样结果与目标电流相比较，用以对电机进行控制；另一方面结合车速信号，用以对系统的保护。当电机电流大于设定值或车速高于设定值时，为了保护电机和系统的安全，控制器将对继电器发出一个控制信号，断开电机电源，停止助力，待系统正常后，再恢复助力功能。

本发明的控制器模块采用32位的ARMS3C44B0X单片机作为控制器的核心，由于S3C44B0X单片机集成了丰富的硬件资源，使得电路设计大为简化，提高了系统的可靠性，同时也为系统将来的扩展和升级留有一定余地。方向控制信号和PWM信号相结合，经光耦加载到H桥驱动电路，控制电机的运行状态，电路简单易行。脉宽调制方式采用单极性PWM，避免了MOS管直通的可能性，不仅可靠，脉宽占空比也易于调整。

SUMSUNG公司的S3C44B0X是基于ARM7TDMI的体系结构，并在此基础上集成了丰富的外围功能模块，主要有：8KB的Cache,外部扩充存储控制器，LCD控制器，2个UART，5个PWM定时器和1个内部定时器，8路10位ADC，71个通用可编程I/O口，8个外部中断源及看门狗定时器。同时，ARM单片机支持C语言开发，有利于系统控制软件的开发和调试。

SUMSUNG公司的S3C44B0X是基于ARM7TDMI的体系结构，并在此基础上集成了丰富的外围功能模块，主要有：8KB的Cache,外部扩充存储控制器，LCD控制器，2个UART，5个PWM定时器和1个内部定时器，8路10位ADC，71个通用可编程I/O口，8个外部中断源及看门狗定时器。同时，ARM单片机支持C语言开发，有利于系统控制软件的开发和调试。

本系统当车辆启动后，系统接收到点火信号，开始进入工作状态，采集转矩信号和车速信号并送给单片机。根据已定的控制规则，由系统确定一个目标电流和电机转动的方向，并以PWM调制的方式通过H桥电路来驱动电机转动。同时，系统对电机的输出电流进行采样，一方面将采样结果与目标电流相比较，用以对电机进行控制；另一方面结合车速信号，用以对系统的保护。当电机电流大于设定值或车速高于设定值时，为了保护电机和系统的安全，控制器将对继电器发出一个控制信号，断开电机电源，停止助力，待系统正常后，再恢复助力功能。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种汽车电动助力转向控制系统，其特征在于：包含车速传感器、转矩传感器、波形处理电路、A/D采集电路、微控制器模块、霍尔传感器、显示模块、光电隔离H桥驱动电路、H桥功率放大电路、电动机、离合器、减速器、转向装置，所述车速传感器通过波形处理电路连接微控制器模块，所述转矩传感器通过A/D采集电路连接微控制器模块，所述微控制器模块依次通过光电隔离H桥驱动电路和H桥功率放大电路连接电动机，所述电动机通过离合器分别连接减速器和转向装置，所述电动机的输出端还连接霍尔传感器的输入端，所述霍尔传感器的输出端连接微控制器模块的输入端，所述显示模块与微控制器模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种汽车电动助力转向控制系统，其特征在于：所述微控制器模块采用32位的S3C44B0X单片机。

3.根据权利要求1所述的一种汽车电动助力转向控制系统，其特征在于：所述车速传感器的芯片型号为DJS-11。

4.根据权利要求1所述的一种汽车电动助力转向控制系统，其特征在于：所述转矩传感器的芯片型号为4503A。

5.根据权利要求1所述的一种汽车电动助力转向控制系统，其特征在于：所述显示模块采用LCD显示屏。