- 相關(guān)推薦
淺談基于PIC18F458 的汽車(chē)電動(dòng)助力轉向控制系統設計論文
汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統( EPS) 依靠車(chē)載電源，由電動(dòng)機提供助力，其操縱方便、節約能源、安全環(huán)保，符號現代汽車(chē)發(fā)展需求，已開(kāi)始運用于中高級以上轎車(chē)和商務(wù)車(chē)上，但國內EPS 系統電子控制單元嚴重依賴(lài)國外進(jìn)口，成本高、維修不方便，而國產(chǎn)產(chǎn)品起步晚，特別在永磁無(wú)刷電機控制和車(chē)載網(wǎng)絡(luò )CAN-BUS 的信息共享上技術(shù)不成熟. 本電控單元以Microchip 公司推出的PIC18F458 高性能微處理器為核心，設計汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統( EPS) 電控單元，并通過(guò)電氣測試和改裝試驗.
1 系統總體設計
EPS 系統主要由信息采集模塊( 包括轉矩傳感器信號、電機反饋信號和CAN-BUS 共享信號) 、電子控制單元( ECU) 、執行器控制模塊( 包括電機控制和離合器控制) 、減速裝置、傳動(dòng)裝置等組成，其系統結構.
EPS 系統工作時(shí)，通過(guò)轉矩傳感器檢測駕駛員作用在方向盤(pán)上的操縱方向和力矩，結合CAN 總線(xiàn)共享的車(chē)速、發(fā)動(dòng)機轉速、點(diǎn)火信號、休眠喚醒信號等，運用模糊免疫PID 控制策略計算得出理想助力目標PWM 占空比，控制電機助力，通過(guò)電機動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制，電機助力轉矩與駕駛員的操縱力矩共同克服車(chē)輪轉向阻力矩，實(shí)現車(chē)輛智能動(dòng)態(tài)方向助力轉向作用，有效保障車(chē)輛低速行駛時(shí)的操縱性和高速行駛時(shí)的安全性. EPS 電控單元系統結構拓撲.
2 硬件設計
2. 1 控制器模塊
EPS 系統電控單元采用microchip 公司的16 位微處理器PIC18F458，該芯片除了具有PIC18458 系列單片機哈佛架構精簡(jiǎn)指令結構、計算能力強、性能穩定、可靠性高、超低功耗、成本低廉等有點(diǎn)晚，還引進(jìn)了一系列串行通信外設，內置CAN 控制器，并支持運行、休眠、空閑等多種工作模式，支持車(chē)載網(wǎng)絡(luò )CANBUS通訊協(xié)議，其增強型CCP 模塊，在PWM 模式下能提供多路經(jīng)調制輸出，這些優(yōu)異的性能為汽車(chē)EPS系統的軟硬件設計提供了方便，且工作溫度- 40 ～ +125℃，能夠完全滿(mǎn)足汽車(chē)使用環(huán)境的要求.
2. 2 信息采集模塊
( 1) 轉矩信號采集
EPS 系統采用KISTLER 公司生產(chǎn)的高精度4503A10L 型電位計式扭矩傳感器來(lái)獲取駕駛員加載在方向盤(pán)上的力矩和方向，傳感器帶有主、副雙路對稱(chēng)的轉矩信號，其中一路轉矩信號采集電路原理圖，另一路轉矩信號采集電路與之相同.電路中，C7、C8 和R12 共同組成π 型RC 濾波電路，濾除轉矩信號中的高頻部分，穩壓管D1 起限壓保護作用，大電阻R11 用來(lái)減少輸入阻抗.
( 2) CAN 總線(xiàn)通信
車(chē)載網(wǎng)絡(luò )在汽車(chē)上的應用，提高了車(chē)載信息的共享能力、節約了成本，因此EPS 系統采用CAN 總線(xiàn)共享車(chē)速信號、發(fā)動(dòng)機轉速信號、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)IG 信號、故障信息及網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)休眠喚醒信號等.
PIC18F458 單片機集成了CAN 通信接口，執行Bosch 公司的CAN2. 0A/B 協(xié)議，可以方便的利用CAN 總線(xiàn)與全車(chē)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現信息共享，軟件編程只需對相關(guān)寄存器進(jìn)行相應設置即可，外圍接口電路也得以簡(jiǎn)化，只需要一個(gè)Philips 公司的PCA82C250作為CAN 總線(xiàn)接口芯片，中間用高速光電耦合器6N137 隔開(kāi)，可以很好地實(shí)現總線(xiàn)上節點(diǎn)之間的電氣隔離，提高系統抗干擾能力和信號傳輸能力，CAN總線(xiàn)通信接口電路.
2. 3 執行器控制模塊
( 1) 無(wú)刷直流電機驅動(dòng)控制
EPS 系統選用無(wú)刷直流電機作為助力電機，由PIC18F458 單片機為Freescale 公司開(kāi)發(fā)的高性能無(wú)刷直流電機專(zhuān)業(yè)集成電路MC33035 提供無(wú)刷直流電機的轉向和PWM 信號，MC33035 通過(guò)霍爾傳感器檢測電機當前的轉子位置，并對其進(jìn)行譯碼，轉換成具有正確時(shí)序的頂部輸出信號和底部輸出信號給電機控制的驅動(dòng)器IR2130 芯片， IR2130 是美國International Rectifier 公司生產(chǎn)的一種高電壓、高速度的功率MOSFET 和IGBT 器件的驅動(dòng)芯片，分別有3 個(gè)獨立的高端和低端輸入/輸出通道，以此驅動(dòng)由6 個(gè)N 溝道功率MOSFET 管組成的三相六步全控橋電路. 電機驅動(dòng)電路原理圖.
( 2) 電磁離合器控制
EPS 系統電磁離合器由單片機控制4 個(gè)功率晶體管組成的全橋控制電路來(lái)實(shí)現動(dòng)力傳遞通斷控制，提供一種結構簡(jiǎn)單、安全可靠的汽車(chē)EPS 電磁離合器控制電路，能夠在滿(mǎn)足電磁離合器有效、牢固接合的前提下，根據系統助力需要及時(shí)、穩定通斷電磁離合器，以實(shí)現行駛轉向助力和確保行車(chē)安全的目的.
2. 4 輔助電路
( 1) 電源電路: EPS 系統電源電路采用Infineon公司汽車(chē)專(zhuān)用電源芯片TLE7469，其輸入電壓范圍寬( 7 ～ 45V) ，工作溫度- 40℃ ～ 150℃，輸出電壓精度高，帶有外部看門(mén)狗電路，以及短路、過(guò)溫和電池反接保護等功能，保證EPS 系統在汽車(chē)惡劣的環(huán)境下長(cháng)期穩定工作.
( 2) 復位電路: EPS 系統中復位電路主要完成系統的上電復位功能，PIC18F458 的MCLR 引腳提供了外部硬件觸發(fā)器件復位的方法，將MCLR 引腳通過(guò)一個(gè)10k? 電阻連接到電源，這樣還可以省去產(chǎn)生上電復位延時(shí)通常所需的外部RC 元件，上電復位事件由POR 位( RCON < 1 > ) 捕捉，只要發(fā)生上電復位，此位的狀態(tài)就被置為0，它不會(huì )因任何其他復位事件發(fā)生改變.
3 軟件設計
針對EPS 系統電控單元硬件電路設計，結合汽車(chē)EPS 系統對電機助力特性的要求，進(jìn)行相應的軟件開(kāi)發(fā)，主要涉及系統初始化、CAN 總線(xiàn)通訊、信息采集及處理、PWM 占空比計算等. 首先，PIC18F 單片機喚醒上電并對時(shí)鐘和各I /O 口等進(jìn)行系統初始化，同時(shí)檢測EPS 節點(diǎn)工作和CAN 總線(xiàn)通訊是否正常，如發(fā)現異常將存儲故障碼并顯示故障指示燈; 接著(zhù)，檢測發(fā)動(dòng)機轉速是否達到怠速，怠速及以上時(shí)進(jìn)入主程序; 然后，單片機對兩路扭矩信號進(jìn)行AD 轉換及濾波處理，通過(guò)兩路信號相減判斷電機運轉方向，結合CAN 總線(xiàn)共享得到車(chē)速信息等，綜合這些信息進(jìn)行模糊免疫PID 控制算法處理并最終得出控制電機的PWM 占空比; 最后，輸出PWM 信號、助力方向、離合器閉合信號，驅動(dòng)助力電機，并返回主程序進(jìn)入程序再循環(huán).
4 結語(yǔ)
綜合以上EPS 系統設計，印制了電路板并形成產(chǎn)品，編寫(xiě)相應控制程序，通過(guò)電氣測試，并在長(cháng)安福特蒙迪歐汽車(chē)上進(jìn)行替換改裝試驗，實(shí)驗結果表明基于PIC18F458 單片機的汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統工作穩定、成本低廉、安全性能好，在與車(chē)載CAN-BUS 通信上比較穩定，抗干擾性能好; 電機助力能很好滿(mǎn)足車(chē)輛在不同車(chē)速、車(chē)況下的行駛助力要求，性能可靠、易于維修.
【淺談基于PIC18F458 的汽車(chē)電動(dòng)助力轉向控制系統設計論文】相關(guān)文章：
淺談基于ZigBee 嵌入式智能家居控制系統的設計與實(shí)現論文07-03
基于自動(dòng)控制系統的汽車(chē)電子技術(shù)分析論文07-04
淺談品牌與設計論文07-03
LED路燈智能控制系統設計探索論文07-04
淺談基于多媒體網(wǎng)絡(luò )發(fā)布管理平臺的開(kāi)發(fā)論文07-03
淺談能源汽車(chē)的環(huán)保新境界論文07-03
自動(dòng)控制系統的汽車(chē)電子技術(shù)論文07-04
淺談智能家居的控制設計論文07-04
汽車(chē)轉向失控怎么處理07-04