【正文】 2807的耐壓為75V,可承受28OA的瞬時沖擊電流,25℃時持續(xù)導通電流可達82A。本系統(tǒng)所使用的無刷直流電動機穩(wěn)態(tài)電流平均值為30A,考慮到2倍的電流裕量,基本可以滿足設計的要求。另外,IRF2807還有一個寄生的反并聯(lián)穩(wěn)壓二極管,用以鉗位開關(guān)過程中的浪涌電壓,而這個反并聯(lián)二極管的存在又可以節(jié)省續(xù)流二極管的使用,簡化電路結(jié)構(gòu)。 原則上,電壓型驅(qū)動器只要滿足其柵/源極之間的電壓Vc,要求即可控制開關(guān)元件的動作。然而,控制電路的輸出的PWM信號僅屬于小功率驅(qū)動信號,并不足以可靠驅(qū)動功率器件。考慮到驅(qū)動系統(tǒng)可靠性,主控電路輸出的信號不能直接驅(qū)動功率開關(guān)器件,需要在兩者之間加驅(qū)動電路。驅(qū)動電路的作用一方面是對主控電路輸出的六路PWM脈沖信號進行功率放大,產(chǎn)生足夠大的驅(qū)動信號控制MOSFET功率管的導通或關(guān)斷,從而實現(xiàn)對電機的控制。另一方面,依靠驅(qū)動電路將控制系統(tǒng)中的小信號數(shù)字部分(主控電路)與功率電路隔離,保護控制系統(tǒng)。為了簡化設計和提高可靠性,目前功率變流器驅(qū)動電路大多采用專用集成芯片來實現(xiàn)。 本文選用國際整流公司生產(chǎn)的MOSFET專用驅(qū)動芯片IR2110,該芯片是一種雙通道、柵極驅(qū)動、高壓高速功率器件的單片式集成驅(qū)動模塊,在芯片中采用了高度集成的電平轉(zhuǎn)換技術(shù),大大簡化了邏輯電路對功率器件的控制要求,同時提高了驅(qū)動電路的可靠性。其主要特點包括: (1)上管采用外部自舉電容上電,使得驅(qū)動電源的數(shù)目較其他IC驅(qū)動電路大大減少,對于典型的6管構(gòu)成的三相橋式逆變器采用三片IR 2110,只需要一路10一20V電源。 (2)輸入信號與TTL和CMOS電平兼容,且芯片對輸入信號有整形功能,可以屏蔽小于50ns的脈沖,提高抗噪聲效果。采用CMOS施密特觸發(fā)器輸入,提高電路抗干擾能力。 (3)兩路通道都帶有滯后欠壓鎖定功能,防止MOSFET進入線性放大區(qū)而損壞。 (4)帶有死區(qū)保護,使同橋臂的兩個功率MOSFET的驅(qū)動信號之間有一互鎖間隔,防止同橋臂兩個功率器件直通短路。 。H頂和LIN為同一橋臂的兩個驅(qū)動信號的輸入端,V cc接+12V驅(qū)動電源,COM接逆變橋共地。輸出端HO觸發(fā)橋臂的上管,輸出端LO觸發(fā)橋臂的下管。而引腳VB和VS通過電解電容和二極管形成懸浮電源,顯然只需要一組驅(qū)動電源就可以實現(xiàn)同一橋臂上下兩個MOSFET的驅(qū)動。 1R2181S的典型應用圖中,C2為自舉電容,一般用一個大電容和一個小電容并聯(lián)使用。大電容的選擇應該保證其充電電壓可以使T1充分導通。而并聯(lián)小電容則用來吸收高頻毛刺干擾電壓。IR2110的引腳11(SD)為保護信號輸入端。當該引腳接高電平時,IR2110輸入信號被全部封鎖,對應的輸出端全部為低電平。而當該端接低電平時,則IRZ110的輸出跟隨輸入引腳的變化。因此,我們用SD端作為過電流保護的輸入端口,其工作原理。 過流保護原理圖穩(wěn)壓二極管D1提供一標準電壓,電阻R2對電流進行采樣,并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號,再與標準電壓進行比較。當電流達到設定值時,比較器輸出高電平至IR2110的SD端,封鎖驅(qū)動信號的輸出,從而防止過電流的發(fā)生。 本章結(jié)合具體應用,簡單設計了EPS用無刷直流電機的控制系統(tǒng)。電機的換向信號由霍爾信號傳感器得到,并送入DSC的輸入端口,通過中斷方式改變OVDCON寄存器的值,實現(xiàn)電機的換向控制。使用兩路電壓信號分別模擬轉(zhuǎn)向盤上施加的扭矩信號和車速信號,然后由DSC確定需要輸出的轉(zhuǎn)矩大小。DSC通過修改PWM占空比寄存器的值,達到控制輸出轉(zhuǎn)矩大小的目的。本章分別介紹了控制系統(tǒng)主控電路、驅(qū)動及功率電路的工作原理和器件選型,并給出了控制系統(tǒng)的軟件程序框圖。最后,進行了相關(guān)的實驗,結(jié)果證明基本達到了設計要求。然而,由于時間的原因,本文所設計的控制系統(tǒng)仍有許多需要改進的方面。首先,增加電流閉環(huán)可以進一步提高系統(tǒng)跟隨轉(zhuǎn)矩輸入的能力,通過采用適當?shù)目刂撇呗赃€可以達到削弱轉(zhuǎn)矩脈動的效果,提高系統(tǒng)性能。其次,系統(tǒng)只考慮到了電機的助力控制,而對阻尼控制和回正控制未作討論。另外,系統(tǒng)的保護措施還不夠完善。因此今后,我們將繼續(xù)在上述三個方面進行深入的研究和改進。 結(jié) 論 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向方式相比,電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)技術(shù)具有高性能、高效率、低成本、節(jié)能環(huán)保等無可比擬的優(yōu)點。對它的研究涉及到機械、計算機、電子、控制等多個技術(shù)領(lǐng)域。隨著汽車技術(shù)向電子化、信息化方向的發(fā)展,電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)也逐漸成為助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的主流。無刷直流電機不但具有良好的調(diào)速性能,而且體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、運行可靠、效率高,是一種理想的EPS系統(tǒng)助力電機。而EPS系統(tǒng)的特殊用途也對無刷直流電機的控制和設計提出了更細致的要求。本文針對EPS用無刷直流電機本體以及控制系統(tǒng)分別進行了研究,并設計了樣機和控制系統(tǒng)。論文所做的主要工作包括: (l)查閱大量文獻資料,了解了汽車助力轉(zhuǎn)向方式的發(fā)展歷史及方向,詳細研究了電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能要求以及工作原理,并對各種EPS用助力電機進行比較和綜合評價,確定了選用無刷直流電機作為EPS助力電機的設計思路。 (2)根據(jù)EPS系統(tǒng)的要求,設計了無刷直流電機樣機。分別使用有限元(JMAG)和場路藕合的解析算法計算了所設計電機的工作性能。然后針對分析結(jié)果所反映出來的問題,主要從削弱電機齒槽轉(zhuǎn)矩和優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)兩方面對樣機進行了結(jié)構(gòu)改進。并采用三維有限元(MAGNET)的方法對改進后的樣機進行了分析計算。 (3)對EPS系統(tǒng)的控制策略進行了研究,在此基礎(chǔ)上設計了帶傳感器的無刷直流電機的控制系統(tǒng)。完成了主控電路、功率及驅(qū)動電路的器件選型和硬件設計,設計制作了印刷電路板,并用C語言編寫了相關(guān)的控制系統(tǒng)程序,進行了相關(guān)的實驗。 目前,對于EPS系統(tǒng)的研究主要集中在兩個方面,一個是提高助力電機的性能。另一個是改進電機的控制策略,提高控制系統(tǒng)性能。然而由于時間所限,本文只將側(cè)重點放在了EPS用電機的性能優(yōu)化設計方面,對于控制策略并沒有進行深入的研究。雖然本文設計的控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)基本的助力功能,但離實際應用還有很長的路要走。 汽車轉(zhuǎn)向助力技術(shù)未來的發(fā)展趨勢是線控轉(zhuǎn)向方式(SBW),然而其內(nèi)核依然是依靠MCU控制助力電機提供助力轉(zhuǎn)矩。只是轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間不再有任何機械連接,而完全依靠電子和電器元件來工作。因此對EPS系統(tǒng)的可靠性和安全性提出了更高的要求,但同時也EPS系統(tǒng)的發(fā)展提供了更廣闊的空間。 參考文獻[1] [M].第2版（修訂本）.北京：機械工業(yè)出版社，1989.[2] [M].第3版（下冊）.北京：人民交通出版社，1994.[3] 林逸，[J].公路交通科技，2001（3）：7982.[4] [D].吉林大學博士學位論文，2003.[5] [D].北京理工大學博士學位論文，2006.[6] [J].輕型汽車技術(shù)，2001（5）：49.[7] [D].北京理工大學博士學位論文，2006.[8] 喻凡，[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005[9] 馮櫻，[J].湖北汽車工業(yè)學院學報，2001，15（1）：48[10] [D].北京理工大學博士學位論文，2006. [1l][D].武漢:. [12]王柏峰. 基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究[D].長沙:. [13][M].. [14][D].北京:. [15]周淑輝，李幼德，李靜，林新春，[J].(11) l~5. [16][D].武漢:. [17][D].吉林:. [18] Qing Liu,Hui Chen,Hongyun Control of Electric PowerSteering System. The33rdAnnual Conference of the IEEE IndustrialElectronics Society . 2007 [19] Ganesan, Processor Based Electric Power Steering System. ASME Publications ICE . 1999 [20] Dominke Peter,Ruck Power SteeringThe First Step on the Way toSteer by Wire. SAEInternational Congress and Expositon . 1999 [21] JiHoon Kim,JaeBok logic for an electric power steering system using assist motor. Mechatronics . 2002 [22] Hunt KJ,Sbarbaro D,Zbikowski R,et Networks for Control Systems—A Survey. Automatica . 1992 [23] Yasuo Shimizu,Yoshihiro for Moment of Motor Inertia on EPS. 2006 SAE World Congress . 2006 [24] Yasuo Shimizu,Toshitake Kawai.Development of electric power steering. SAE Paper . [25] Werner Harter,Wolfgang Pfeiffer, Electrical Steering Systems: Realizations with Safety Requirements. SAE Technical Paper Series. ‐01‐0822 . [26] J. wheel angle sensor for vehicle dynamics control systems. SAE 970382 . [27] Fausett of Neural Networks. . 1994 致 謝 本論文是在導師楊雪春教授的悉心指導下完成的。從論文選題、研究方法和技術(shù)路線確定,到論文撰寫,幾乎論文的每一字句都凝聚著導師的心血和教誨。導師淵博的知識、嚴謹求實的治學和科研態(tài)度、敏銳的思維方法、誨人不倦的品德、腳踏實地的工作作風及兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神,一直深深地影響和激勵著我,他的高尚人格和求真務實的精神永遠是我學習的楷模。這將使我在今后的學習、工作和生活中受益良多,我與楊教授的關(guān)懷和幫助是密不可分的。值此論文完稿之際,謹向尊敬的導師表示最誠摯的謝意 在論文撰寫過程中,楊森同學給予我極大幫助,在此一并表示感謝。 衷心地感謝所有幫助過我的老師、同學和朋友們。 最后,向多年來一直關(guān)心、鼓勵和支持我的家人表示誠摯的感謝。感謝我的父母為我的成長付出的心血,給了我這么多年來的鼓勵、幫助,給了我前進的動力和戰(zhàn)勝困難的決心,他們永遠是我最堅強的后盾。謹以此文回報他們多年來的支持和鼓