基于TMS320LF2407A的電動助力轉向系統(tǒng)的設計
電動助力轉向(Electric Power Steering，EPS)系統(tǒng)是一種依靠電動機直接提供輔助轉矩的動力轉向系統(tǒng)，將最新電力電子技術與電機控制技術應用于汽車轉向系統(tǒng)，大大提高了汽車的經濟性、動力性和機動性，適應了現(xiàn)代汽車技術的要求，并且節(jié)約燃料，有利于環(huán)保，已成為目前世界汽車技術發(fā)展的研究熱點和前沿技術之一。設計了一種基于TMS320LF2407A DSP控制的汽車電動助力轉向系統(tǒng)，介紹了其硬件組成及軟件結構，采用PID控制策略對電機電流進行閉環(huán)控制，利用PWM技術控制電機的電壓，以調節(jié)助力電流達到助力轉向的目的。并做了Matlah仿真實驗，仿真結果表明，該系統(tǒng)具有良好的助力特性?！ ?/p>
? ?1 EPS系統(tǒng)結構和工作原理
圖1所示為典型的齒輪一齒條式電動助力轉向系統(tǒng)示意圖，其基本組成包括扭矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元(ECU)、電動機、減速機構及齒輪齒條轉向器等。當汽車轉向時，扭矩傳感器測出方向盤的輸出扭矩，送給電子控制單元(ECU)，電子控制單元再綜合車速傳感器送來的車速信號，并根據(jù)相應的控制策略確定一個目標電流，控制電動機轉動。電動機的輸出轉矩通過離合器、減速機構的作用使車輪偏移一定的角度，從而起到對轉向系統(tǒng)的助力作用。電子控制單元對傳感器檢測到的上述信號進行運算分析后，向驅動單元送出合理的控制信號，控制電機的電流大小和方向，同時將電壓的電流信號作為反饋信號送到電子控制單元，形成閉環(huán)控制方式。
2 電動助力轉向系統(tǒng)硬件設計
2.1 控制原理
EPS系統(tǒng)硬件控制原理如圖2所示，該系統(tǒng)是利用電流反饋技術建立起來的，其控制核心為TMS320LF2407A DSP。當汽車點火時，接通蓄電池電源，DSP上電后對EPS系統(tǒng)進行自檢，自檢通過后，閉合繼電器和離合器，EPS系統(tǒng)開始工作。當駕駛員轉動方向盤，即把扭矩傳感器檢測到方向盤的扭矩和轉動方向信號，車速傳感器檢測到車速信號，經過處理之后送到TMS32LF2407A相應端口，DSP根據(jù)方向盤扭矩，通過PWM口發(fā)出電流指令和相應的轉向控制端口發(fā)出轉向命令，通過驅動電路及由4個MOSFET組成的H橋電路驅動電機轉向。在此過程中，DSP檢測到有故障發(fā)生時，將驅動警示燈發(fā)亮進行報警提示，同時斷開繼電器，恢復到機械轉向狀態(tài)。
2.2 TMS320LF2407A芯片介紹
該系統(tǒng)的微處理器采用TI公司生產的TMS320LF2407A芯片。它是目前國際市場上較先進、功能較強大的16 b定點DSP芯片之一。TMS320LF 2407A是集成CAN通信接口的低成本數(shù)字處理器，面向電機的數(shù)字控制，運用于汽車電子領域。它采用高性能靜態(tài)CMOS技術，具有低功耗和高速度的特點，工作電壓為3.3 V，減少了控制器的功耗，40 MIPS的執(zhí)行速度，提高了控制器的實時控制能力，片內32 KB的FLASH程序存儲器，205 KB的數(shù)據(jù)/程序RAM，544 B雙口RAM和2 KB的單口RAM，16通道10位A/D轉換器，2組事件管理器：EVA、EVB，每個包括2個16 b通用定時器和8個16 b的PWM輸出通道，改進的哈佛總線結構，支持動態(tài)改變鎖相環(huán)的倍頻系數(shù)，看門狗定時模塊等，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。同時該芯片對C語言的高編譯效率，使得軟件的開發(fā)周期大大縮短。
2.3 TMS320LF2407A電源電路
本系統(tǒng)選用5 V蓄電池電源，由于TMS320LF2407A芯片的工作電壓為3.3 V，所以必須使用電源轉換芯片。本系統(tǒng)采用TI公司的TPS7333Q電源轉換芯片完成5 V到3.3 V的轉換。該芯片使用PMOS晶體管傳送電流，其柵極由電壓驅動，工作電流低且在全負載內不變，具有內部電流限制和過熱保護的特點，同時該芯片提供上電復位信號。