基于TMS320LF2407A的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering，EPS)系統(tǒng)是一種依靠電動(dòng)機(jī)直接提供輔助轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將最新電力電子技術(shù)與電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，大大提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和機(jī)動(dòng)性，適應(yīng)了現(xiàn)代汽車技術(shù)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(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一。設(shè)計(jì)了一種基于TMS320LF2407A DSP控制的汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，介紹了其硬件組成及軟件結(jié)構(gòu)，采用PID控制策略對電機(jī)電流進(jìn)行閉環(huán)控制，利用PWM技術(shù)控制電機(jī)的電壓，以調(diào)節(jié)助力電流達(dá)到助力轉(zhuǎn)向的目的。并做了Matlah仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的助力特性?！　?/p>

? ?1 EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

　　圖1所示為典型的齒輪一齒條式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)及齒輪齒條轉(zhuǎn)向器等。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，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(hào)，并根據(jù)相應(yīng)的控制策略確定一個(gè)目標(biāo)電流，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過離合器、減速機(jī)構(gòu)的作用使車輪偏移一定的角度，從而起到對轉(zhuǎn)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(hào)進(jìn)行運(yùn)算分析后，向驅(qū)動(dòng)單元送出合理的控制信號(hào)，控制電機(jī)的電流大小和方向，同時(shí)將電壓的電流信號(hào)作為反饋信號(hào)送到電子控制單元，形成閉環(huán)控制方式。

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　　2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　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(shù)建立起來的，其控制核心為TMS320LF2407A DSP。當(dāng)汽車點(diǎn)火時(shí)，接通蓄電池電源，DSP上電后對EPS系統(tǒng)進(jìn)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(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，即把扭矩傳感器檢測到方向盤的扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)，車速傳感器檢測到車速信號(hào)，經(jīng)過處理之后送到TMS32LF2407A相應(yīng)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(yīng)的轉(zhuǎn)向控制端口發(fā)出轉(zhuǎn)向命令，通過驅(qū)動(dòng)電路及由4個(gè)MOSFET組成的H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)向。在此過程中，DSP檢測到有故障發(fā)生時(shí)，將驅(qū)動(dòng)警示燈發(fā)亮進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)斷開繼電器，恢復(fù)到機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

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　　2.2 TMS320LF2407A芯片介紹

　　該系統(tǒng)的微處理器采用TI公司生產(chǎn)的TMS320LF2407A芯片。它是目前國際市場上較先進(jìn)、功能較強(qiáng)大的16 b定點(diǎn)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(jī)的數(shù)字控制，運(yùn)用于汽車電子領(lǐng)域。它采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，具有低功耗和高速度的特點(diǎn)，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(shí)時(shí)控制能力，片內(nèi)32 KB的FLASH程序存儲(chǔ)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(zhuǎn)換器，2組事件管理器：EVA、EVB，每個(gè)包括2個(gè)16 b通用定時(shí)器和8個(gè)16 b的PWM輸出通道，改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，支持動(dòng)態(tài)改變鎖相環(huán)的倍頻系數(shù)，看門狗定時(shí)模塊等，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。同時(shí)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(zhuǎn)換芯片。本系統(tǒng)采用TI公司的TPS7333Q電源轉(zhuǎn)換芯片完成5 V到3.3 V的轉(zhuǎn)換。該芯片使用PMOS晶體管傳送電流，其柵極由電壓驅(qū)動(dòng)，工作電流低且在全負(fù)載內(nèi)不變，具有內(nèi)部電流限制和過熱保護(hù)的特點(diǎn)，同時(shí)該芯片提供上電復(fù)位信號(hào)。

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