隨著車輛無人駕駛技術(shù)的蓬勃發(fā)展和先進控制系統(tǒng)的研制，人們對舵機整體工作性能的要求越來越高，促使了舵機向著體積質(zhì)量不斷減小、承載能力不斷增強、控制性能不斷提高的方向發(fā)展。
舵機是車輛無人駕駛方向盤控制系統(tǒng)的重要執(zhí)行機構(gòu)，其性能的優(yōu)劣直接影響到車輛控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，由于舵機具有簡單可靠、工藝性好、使用維護方便、能源單一、成本低廉、易于控制等優(yōu)勢受到了廣泛關(guān)注和深入研究，廣泛應(yīng)用于車輛控制系統(tǒng)領(lǐng)域。
目前市場應(yīng)用的自動駕駛方向盤都是采用液壓原理來驅(qū)動轉(zhuǎn)向液壓泵，實現(xiàn)車輪的轉(zhuǎn)動，液壓方案安裝會改動整個車輛的液壓油路，更改原車的結(jié)構(gòu)，對后期車輛售后保修造成很大困難，并且安裝非常麻煩，應(yīng)市場需求，出現(xiàn)了電動方向盤，車載原裝電瓶供電，無需改變原車結(jié)構(gòu)，只需方向盤下方安裝個驅(qū)動電機即可，但是如何通過驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)控制電動方向盤的高精度動作，進而實現(xiàn)自動駕駛是目前亟待解決的技術(shù)問題。
本文介紹一種電動方向盤電機驅(qū)動控制器的實現(xiàn)方法，來解決如何通過驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)控制電動方向盤的高精度動作，進而實現(xiàn)自動駕駛的問題。
該方法是主控芯片DSP通過數(shù)字通訊總線向電動方向盤電機控制驅(qū)動器發(fā)送指令，電動方向盤電機控制驅(qū)動器中的控制電路接收到該指令，并根據(jù)當前永磁同步電機的電流、速度及位置信息采用永磁同步電機磁場定向矢量控制系統(tǒng)計算永磁同步電機三相電壓，再通過PWM信號輸出。
電動方向盤電機控制驅(qū)動器中的柵極驅(qū)動電源為驅(qū)動電路供電，驅(qū)動電路將PWM信號放大，用以驅(qū)動電動方向盤電機控制驅(qū)動器中的功率管MOSFET，實現(xiàn)低噪音、高效率能量轉(zhuǎn)換。
圖1 永磁同步電機控制驅(qū)動器的示意圖
如附圖1所示，本發(fā)明的電動方向盤電機驅(qū)動控制器的實現(xiàn)方法，該方法是主控芯片DSP通過數(shù)字通訊總線向電動方向盤電機控制驅(qū)動器發(fā)送指令，電動方向盤電機控制驅(qū)動器中的控制電路接收到該指令，并根據(jù)當前永磁同步電機的電流、速度及位置信息采用永磁同步電機磁場定向矢量控制系統(tǒng)計算永磁同步電機三相電壓，再通過PWM信號輸出，電動方向盤電機控制驅(qū)動器中的柵極驅(qū)動電源為驅(qū)動電路供電，驅(qū)動電路將PWM信號放大，用以驅(qū)動電動方向盤電機控制驅(qū)動器中的功率管MOSFET，實現(xiàn)低噪音、高效率能量轉(zhuǎn)換，其中，電動方向盤電機控制驅(qū)動器(MCU)通過CAN通訊電路與運動控制器進行數(shù)據(jù)傳輸，電池組為電動方向盤電機控制驅(qū)動器供電。 ?
圖2 電源變換原理框圖
電動方向盤電機控制驅(qū)動器采用電源變換電路供電，電源變換電路包括母線電壓轉(zhuǎn)+5V、12V電源模塊以及5V轉(zhuǎn)3 .3V電源模塊，母線電壓通過DC/DC變換芯片變換為+5V、12V電源模塊，再用電壓轉(zhuǎn)換芯片由5V轉(zhuǎn)3 .3V，如附圖2所示，其中，3 .3V用于主控芯片DSP及其外圍電路供電，+5V用于CAN通訊電路通信及電流采用及處理電路供電，12V用于驅(qū)動電路的供電。
電流采用及處理電路采用ACS712（或***CH701)電流傳感器IC，ACS712(或CH701）電流傳感器IC是工業(yè)、商業(yè)和通信系統(tǒng)交直流傳感的精確經(jīng)濟的解決方案，小型封裝非常適合空間狹小的應(yīng)用，由于減少了電路板的面積，還降低了成本，典型應(yīng)用領(lǐng)域包括電動機控制、載荷檢測和管理、開關(guān)式電源和過電流故障保護。
圖3?霍爾電流傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
霍爾電流傳感器IC通過霍爾效應(yīng)，檢測電流的大小，輸出一個以2 .5V為基準的電壓值，Vout的電壓值通過高精度電阻分壓。經(jīng)過二極管后，進入到主控芯片DSP的AD采集引腳進行AD轉(zhuǎn)換，二極管起到保護作用。
本例中的電動方向盤電機控制驅(qū)動器內(nèi)設(shè)有電流保護電路，電流保護就是過流保護，防止電流過大損壞元件而設(shè)計的，實現(xiàn)電路如圖5所示，電流保護電路在永磁同步電機繞組中的電流峰值超出功率管MOSFET的額定電流時，即達到比較器LM339的設(shè)定值時，輸出低電平信號Fault信號給故障綜合電路，觸發(fā)產(chǎn)生高電平給三態(tài)輸出總線接收器，動作輸出關(guān)斷信號，使功率開關(guān)關(guān)斷，從而保護了功率開關(guān)管，以免功率器件受到損壞。
圖5 電流保護電路原理圖 ? 本例中的主控芯片DSP初始化包括機器頻率、功能模塊使能、看門狗設(shè)置等等，清除功率保護錯誤是由于硬件設(shè)計有欠壓等保護，保護信號產(chǎn)生硬件中斷并使相應(yīng)PWM輸出引腳置為高阻態(tài)，所以程序運行前應(yīng)先清除功率保護錯誤信號，測量偏差電流是為了計算出測量電流的真實值，因為系統(tǒng)采用的A/D轉(zhuǎn)換器是單極的，但是實測的電流轉(zhuǎn)換信號是有符號的，所以在硬件部份由相關(guān)電路將有符號電流值轉(zhuǎn)換成無符號電流值，在程序里面又需將無符號值變換成有符號的定子電流輸出值，這就需要測量偏差電流，即要得到零電流時候的A/D采樣值，再將每次A/D采樣值減去偏差電流A/D采樣值，便可得到有符號的真實電流值. ? 本例中提到的CH701芯片是意瑞半導體（上海）有限公司推出隔離集成式電流傳感器芯片
CH701產(chǎn)品特點：
1.0.8 mohm初級導體電阻，用于低功率損耗和高浪涌電流耐受能力
2.集成屏蔽實際上消除了從電流導體到芯片的電容耦合，極大地抑制了由于高dv/dt瞬態(tài)而產(chǎn)生的輸出噪聲
3.行業(yè)領(lǐng)先的噪聲性能，通過專有的放大器和濾波器設(shè)計技術(shù)大大提高了帶寬
4.高帶寬120kHz模擬輸出，在控制應(yīng)用中響應(yīng)時間更快
5.過濾器引腳允許用戶在較低的帶寬下過濾輸出以提高分辨率
6.集成數(shù)字溫度補償電路允許在開環(huán)傳感器中實現(xiàn)近閉環(huán)精度
7.適用于空間受限應(yīng)用的小尺寸、低剖面SOIC8封裝
8.濾波器引腳簡化了帶寬限制，在較低的頻率下獲得更好的分辨率
9.單電源運行
10.輸出電壓與交流或直流電流成比例
11.工廠微調(diào)靈敏度和靜態(tài)輸出電壓
12.提高精確度
13.斬波器穩(wěn)定導致極穩(wěn)定的靜態(tài)輸出電壓
14.近零磁滯
15.電源電壓輸出比率
產(chǎn)品應(yīng)用：
電機控制；
負荷檢測與管理；
過電流故障保護；
? ??
審核編輯：劉清