【正文】 ......................... 13 時(shí)鐘電路 ...................................................... 13 復(fù)位 .......................................................... 14 電源電路 .......................................................... 15 電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) ...................................................... 15 三態(tài)緩沖器 ........................................................ 17 電動(dòng)機(jī) 的 變頻調(diào)速 控制 .............................................. 18 電動(dòng)機(jī) H 橋驅(qū)動(dòng)方式 ............................................... 18 本章小結(jié) .......................................................... 19 第 4章 EPS 控制策略和軟件設(shè)計(jì) ...................................... 20 EPS 系統(tǒng)的控制要求 ................................................ 20 回正控制 ...................................................... 20 阻尼控制 ...................................................... 20 轉(zhuǎn)向助力特性曲線的選擇 ............................................ 21 助力特性的理論研究 ............................................ 21 助力特性曲線的選擇 ............................................ 21 EPS 的軟件設(shè)計(jì) .................................................... 23 開發(fā)環(huán)境 ...................................................... 22 數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì) .............................................. 24 AD 模塊 ...................................................... 25 電機(jī)助力子程序 ................................................ 26 系統(tǒng)主程序 .................................................... 27 本章小結(jié) .......................................................... 27 第 5章 軟件下載及 系統(tǒng)的 試驗(yàn) ........................................ 28 STC 單片機(jī)程序下載器的使用 ....................................... 28 系統(tǒng)的試驗(yàn) ........................................................ 30 系統(tǒng)的調(diào)試 ........................................................ 30 本章小結(jié) .......................................................... 30 結(jié)論 ................................................................... 32 參考文獻(xiàn) .............................................................. 33 致謝 ................................................................... 34 附錄 A ................................................................ 35 附錄 B................................................................. 43 附錄 C................................................................. 46 1 第 1 章 緒 論 轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的國內(nèi)外研究 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照提供動(dòng)力的形式大致可以分為了純機(jī)械 式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （ Manual Steering，簡稱 MS） 、液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （ Hydraulic Power Steering，簡稱 HPS） 、電控液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （ Electro Hydraulic Power Steering，簡稱 EHPS） 、電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ Electric Power Steering，簡稱 EPS）。在國外， EPS 已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，并成為汽車零部件高新技術(shù)產(chǎn)品。如今國內(nèi) 外對(duì) EPS 研究有幾個(gè)比較集中的方面，如： EPS 助力控制策略、系統(tǒng)匹配技術(shù)及其可靠性的研究。 20xx 年，昌河汽車廠開始將電動(dòng)轉(zhuǎn)向器裝在北斗星高檔微型箱式車，揭開了我國汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)歷史上新的第一章， 20xx 年該車型已有 6 萬臺(tái)配裝電動(dòng)轉(zhuǎn)向器，即電動(dòng)轉(zhuǎn)向車己占該車型的60％了。 汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了電動(dòng)助力時(shí)代 ， 隨著傳感器、控制方式助力電動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)的不斷進(jìn)步， EPS 系統(tǒng)將愈加完善。使我國的汽車在環(huán)保節(jié)能舒適等等方面趕上國際先進(jìn)水平。國外的許多廠家除了申請(qǐng)必要的國際專利外，還中國境內(nèi)申請(qǐng)了一些 EPS 專利。 （ 3） 采用模塊化設(shè)計(jì)的方法編寫相應(yīng)控制軟件。 EPS 的主要組成有扭矩傳感器、車速傳感器、助力電機(jī)和電控單元。雖然由于轉(zhuǎn)閥利用扭桿彈簧來使閥回位，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 特別是對(duì)扭桿的材質(zhì)和熱處理工藝要求較高，但是其性能相對(duì)于滑閥有很大改進(jìn)，而且在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中布置轉(zhuǎn)閥比較容易。 （ 3） 助力電機(jī)可以由蓄電池直接供電，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在發(fā)動(dòng)機(jī) 不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行工作，同時(shí)也提高了汽車的安全性能。 （ 3） 齒條助力式轉(zhuǎn)向器 助力單元安裝在轉(zhuǎn)向齒輪的齒條處。 直流發(fā)電機(jī)工作原理 :直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。 該類型的傳感器都屬于接觸式，其缺點(diǎn)就是存在磨損，降低了其性能 。 9 圖 電位器實(shí)物圖 車速傳感器 車速信號(hào)也是系統(tǒng)控制重要依據(jù)之一，一方面它與轉(zhuǎn)矩信號(hào)結(jié)合用以確定系統(tǒng)控制的目標(biāo)電流，一方面用于保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，即當(dāng)車速超出系統(tǒng)設(shè)定的助力范圍時(shí)，系統(tǒng)將停止助力，改為手動(dòng)操作。簡單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。 STC89C51 系列單片機(jī)選型如表 。 表 STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)選型一 覽 型號(hào) STC89C52RC STC89LE53RC STC89C54RD+ 工作電壓（ V） ~ ~ ~ 最高時(shí)鐘頻率 Hz 5V 0~80M — 0~80M 3V — 0~80M — Flash 程序存儲(chǔ)器（字節(jié)） 8K 13K 16K SRAM 字節(jié) 512 512 1280 定時(shí)器 3 3 3 UART 串口 1 個(gè) 1 個(gè) 1 個(gè) DPTR 2 2 2 EEP ROM（字節(jié)） 4K 4K 45K 看門狗 有 有 有 A/D — — — 中斷源 8 8 8 中優(yōu)先級(jí) 4 4 4 I/O 35/39 35/39 35/39 支持掉電喚醒外部中斷 4 個(gè) 4 個(gè) 4 個(gè) 11 內(nèi)置復(fù)位 有 有 有 （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 。 如 圖 是內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。 本設(shè)計(jì)采用 33pF?，F(xiàn) STC 新推出的增強(qiáng)型 8051 根據(jù)用戶要求增加了ISP_CONTR 特殊功能寄存器，實(shí)現(xiàn)了此功能。 本設(shè)計(jì)采用的是 外部 RST 引腳復(fù)位 這種復(fù)位方式，在 RST 引腳上連接了一個(gè)復(fù)位按鍵，因?yàn)檫@種復(fù)位方式比較簡單，而且可以達(dá)到設(shè) 計(jì)要求，故而采用這種復(fù)位方式。L298 內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。前者的作用是將外設(shè)送來的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放，以便處理器將它取走；后者的作用是用來暫時(shí)存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)。 X=不管是高電平還是低電平 。是一種專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)含二個(gè) H 橋的高壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)。如此看來上述的兩個(gè)要求是矛盾的。 回正控制 回正就是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過一定角度后，撤去操縱力，車輪回到中間位置的過程。汽車高速行駛時(shí)，由于路面偶然因素的干擾引起的側(cè)向加速 度較大，傳到方向盤的力矩比低速行駛時(shí)要大，為了抑制這種橫擺振動(dòng)，必須采用阻尼控制；此外，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向后回到中間位置時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的慣性存在，在不加其他控制情況下，助力系統(tǒng)的慣性比機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的慣性大，轉(zhuǎn)向回正時(shí)不容易收斂，此時(shí)，也需采用阻尼控制。 助力特性曲線的 選擇 EPS 的助力特性不干隨著轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的變化而變化，而且隨著車速的的變化而變化，因此可以較好的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向輕便性與路感的關(guān)系。 系統(tǒng)軟件應(yīng)能夠根據(jù)采集當(dāng)前的狀態(tài)比如轉(zhuǎn)矩和車速等信號(hào)確定應(yīng)提供給電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)電流，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而對(duì)助力大小進(jìn)行控制。它把 高級(jí)語言 的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級(jí)語言的實(shí)用性結(jié)合起來。而且計(jì)算功能、 邏輯 判斷 功能也比較強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)決策目的的游戲。 C 語言可以像匯編語言一樣對(duì) 位 、 字節(jié) 和 地址 進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算 機(jī)最基本的工作單元。 CX51 編譯器適用于新的 PHILIPS 8051MX 結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)在的工業(yè)控制中，除采用硬件濾波電路外，常常還采用數(shù)字濾波技術(shù)，以 提高有用信號(hào)在采樣值中所占的比例，減少乃至消除各種干擾及噪音，以保證系統(tǒng)工作的可靠性。本設(shè)計(jì)采用的是 TCL549 模 /數(shù) 轉(zhuǎn)換器芯片 ， TLC549 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用 微處理器、控制器通過 CLK、 CS、 DATA OUT 三條口線進(jìn)行串行接口。 電機(jī)助力子程序框圖如圖 ： 圖 電機(jī)助力子程序框 圖 初始化 電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 電機(jī)轉(zhuǎn)速改變 開始 結(jié)束 數(shù)據(jù)采集 單片機(jī)處理傳感器信號(hào) 28 系統(tǒng)主程序 前面已經(jīng) 主要 介紹 了 數(shù)字濾波程序、 A/D 數(shù)據(jù)采集模塊和電機(jī)助力子程序 ， 將數(shù)據(jù)采集 子 程序和電機(jī)助力子程序 組 和在一起 ，根據(jù) L298 的邏輯功能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向起到作用的單片機(jī)引腳進(jìn)行相應(yīng)的控制，并通過傳感器信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行 調(diào)頻 控制 。 如果 不能 滿足要求就要找到原因并進(jìn)行解決 ，比如 在制作電路板時(shí) 出現(xiàn)的焊接失誤， 比如程序本身編寫的問題 導(dǎo)致 的電機(jī)不能按要求運(yùn)轉(zhuǎn) 。 總結(jié)以上的工作，有以下幾點(diǎn)展望： （ 1） 電控單元的進(jìn)一步設(shè)計(jì)和開發(fā)。在此懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正，以求在今后的工作學(xué)習(xí)中能有進(jìn)一步的提高。 最新版本加入了軟據(jù)濾波功能，軟件濾波在實(shí)際工作中的 AD 采集是非常重要的。 sbit m2=P1^1。 //TLC549 片選信號(hào) sbit AD_In1 = P2^5。 工程當(dāng)中的 AD 是要經(jīng)過多次采集然后再計(jì)算出相對(duì)準(zhǔn)確的值的。 雖然做出了 一定的 成果，但由于個(gè)人能力和時(shí)間限制，系統(tǒng)僅僅是在 電動(dòng)助力 方面的一個(gè) 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn) ， 離最后的實(shí)用化、產(chǎn)品化還有一 定的距離 ，未來進(jìn)一步的研究方向主要是在程序上設(shè)計(jì)的更加貼近實(shí)用性，以達(dá)到更加合理的助力目標(biāo)。 （ 4）將程序下載到單片機(jī)中，將電路板通電試驗(yàn)，經(jīng)過測試表明，控制器能有效對(duì)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 本設(shè)計(jì)的電機(jī)調(diào)速采用的是變頻調(diào)速方式，經(jīng)過測試，變頻調(diào)速方式可以有效調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 電機(jī)助力子程序 由于在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中由于其本身的特性決定了助力電機(jī)需要經(jīng)常性起動(dòng)，并且要根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的變化提供合適的 助力 ，在某些情況下需要急速反轉(zhuǎn)時(shí)，可能會(huì)對(duì)電機(jī)造成損害 。在考慮濾波效果前提下，從濾波時(shí)間來看，為了使系統(tǒng)