【正文】 計(jì)如圖312所示。故障信號類型轉(zhuǎn)化為發(fā)光二極管顯示出來。顯示電路主要是用于故障信息的顯示。考慮到電磁繼電器的干擾信號可能竄入單片機(jī)控制系統(tǒng)，從而影響數(shù)字電路部分的控制效果，采用光電耦合器對單片機(jī)系統(tǒng)的信號與繼電器部分的信號進(jìn)行了光電隔離。此功率接口電路用于將單片機(jī)低電壓、小電流的控制信號轉(zhuǎn)換為用于控制電磁離合器的較大電壓、電流。RCD緩沖電路能有效地改善開關(guān)器件的開關(guān)特性，減小開關(guān)器件本身的功耗發(fā)熱。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時，經(jīng)二極管D向電容C充電，由于二極管正向?qū)〞r壓降很小，所以關(guān)斷時的過壓吸收效果與電容的吸收效果相當(dāng)。緩沖電路就是為了在開關(guān)過程中保護(hù)開關(guān)器件，抑制高電壓和大電流的防護(hù)措施。 .開關(guān)時間tPLH//tpHL=(max)。 .電源電壓(Vcc)=1012V。TLP250的主要電氣參數(shù)如下： .輸入閥值電流F=5mA (max)?？紤]到電機(jī)的助力電流較大，為了能有效的隔離強(qiáng)電與弱電，提高系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)中最終采用了光耦驅(qū)動器件。驅(qū)動光耦的型號很多，所以選用的余地也很大。專用驅(qū)動器件常用的有IR公司IR2110, IR2111, IR2112, IR2113等。表32 功率場效應(yīng)晶體管的電氣參額定漏極電壓V55V柵源開啟電壓V420V額定漏極電流I64A導(dǎo)通電阻R14m開通時間t90ns關(guān)短時間t84ns在選定功率開關(guān)器件后，接著就要考慮選擇與其相關(guān)的驅(qū)動器件，并設(shè)計(jì)驅(qū)動電路。選擇MOSFET的型號時要考慮到漏極電流的最大額定值，漏極一源極間電壓的最大額定值以及器件的導(dǎo)通電阻。2. 功率開關(guān)部件的選擇及其驅(qū)動電路目前應(yīng)用較多的功率開關(guān)器件有功率場效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)、絕緣柵晶體管(IGBT)和MOS柵控晶體管(MCT)等。鑒于上述原因，本課題的EPS控制器的電機(jī)控制部分，采用了單極性PWM控制方式，占空比a的調(diào)整采用了定頻調(diào)寬法。單極性驅(qū)動方式是指在一個PWM周期內(nèi)，直流電動機(jī)電樞只能承受單極性電壓。雙極性驅(qū)動是指在一個PWM周期中，直流電動機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。根據(jù)電動助力的原理，要求電動機(jī)能正反轉(zhuǎn)工作，這就需要可逆PWM控制系統(tǒng)。前兩種方法由于在控制時改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此這兩種方法很少用。在PWM調(diào)制時，占空比a是一個重要參數(shù)。0al。占空比a表示了在一個周期T中，開關(guān)管導(dǎo)通的時間與周期的比值。PWM調(diào)制的原理圖如圖311所示。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小，但是功率器件在線性區(qū)工作時由于產(chǎn)生熱量會消耗大部分電功率，效率和散熱問題嚴(yán)重，因此這種方式只用于微小功率直流電動機(jī)的驅(qū)動。在對直流電機(jī)的電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導(dǎo)體器件的使用上又可分為線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。現(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞控制方法。1. 電動機(jī)的PWM調(diào)壓調(diào)速原理直流電動機(jī)的控制方式可分為調(diào)節(jié)勵磁磁通的勵磁控制方法和調(diào)節(jié)電樞電壓的電樞控制方法兩種。在控制器的硬件設(shè)計(jì)中，電動機(jī)的控制設(shè)計(jì)是重要的一環(huán)。電機(jī)的驅(qū)動電路采用了常用的H全橋PWM電路，方向控制由門電路組成，離合器的開斷用繼電器來控制。輸入的車速信號經(jīng)光耦轉(zhuǎn)變?yōu)?V的脈沖信號，經(jīng)電阻R2 , R3(阻值相同)分壓后輸入給單片機(jī)的計(jì)數(shù)器，再通過軟件處理得到對應(yīng)的車速。電路設(shè)計(jì)中采用的是光耦合器的電平匹配方式。在課題研究中作者采用脈沖發(fā)生器來模擬車速信號，輸入到單片機(jī)?；魻杺鞲衅鬏敵龅氖请娏餍盘?050mA)，而系統(tǒng)接收的是電壓信號，故需在傳感器的輸出引腳上接一個約100的電阻，將輸入的信號轉(zhuǎn)換為5V到5V的電壓信號，然后經(jīng)過電壓變換電路如圖39示， V的電壓信號，最后經(jīng)濾波電路送到89C52芯片的A/D端口。其電氣參數(shù)見表31.表31 電動機(jī)的電氣參數(shù)表電源電壓DC1215V額定輸入電流50A電流測量范圍070A精度%線性度%額定輸出電流50mA失調(diào)電流跟隨精度200A/us響應(yīng)時間us頻帶寬度DC200KHz耐壓，50HzPASHID50的接線方式如圖38所示。另一方面，可以利用它來對電動機(jī)進(jìn)行過流保護(hù)，即當(dāng)電機(jī)電流高于保護(hù)值時，切斷電機(jī)供電電源，用軟件的方式替代硬件過流保護(hù)電路。轉(zhuǎn)矩信號采集電路如圖37所示。其電路原理如圖37示?？刂破鹘邮諒霓D(zhuǎn)矩傳感器送來的轉(zhuǎn)矩信號有主、副兩路，如前所述，這兩路信號是對稱的，故在設(shè)計(jì)時只需采用一種電路。 圖36 單片機(jī)89C52和片外RAM的電路連接圖中P2口和6264的高8位地址線連接；P0口經(jīng)過地址鎖存器輸出的地址線和6264的高8地址總線相連，同時P0口又與EPROM的數(shù)據(jù)線相連。 ●:寫允許引腳，低電平有效。 ●D0D7:數(shù)據(jù)線。 ●GND：接地。6264的各個功能引腳如圖35所示。例如6116(2k)、6264（8k）、62256（32k）等。外部程序存儲器的讀信號為PSEN。RAM是程序存儲器的簡稱，用來存放用戶數(shù)據(jù)的存儲器，具有RAM型存儲器的單片機(jī)價(jià)格最低，它適用于大批量生產(chǎn)。當(dāng)三態(tài)門為有效低電平，使能端G為有效高電平時，輸出跟隨輸入變化；當(dāng)G端有高變低時，輸出端8位信息被鎖存，直到G端再次有效為止。 圖34 74LS373的引腳圖我調(diào)小了。本設(shè)計(jì)中，采用74LS373來擴(kuò)展89C52的外部總線。 圖33 ADC0808與單片機(jī)89C52的連接圖 89C52外部總線擴(kuò)展及片外ROM的連接由于89C52的輸入/輸出引腳有限，一般的情況下，我們采用地址鎖存器進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)總線的擴(kuò)展。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號在內(nèi)部鎖存，通過三態(tài)緩沖器接至輸出端。模擬輸入部分有8路多路開關(guān)，可由三位地址輸入ADDA、ADDB、ADDC的不同組合來選擇。A/D轉(zhuǎn)換采用逐漸逼近原理。ADC0808 是CMOS的8位單片A/D轉(zhuǎn)換器。 圖32 89C52單片機(jī)芯片引腳（1） 89C52的40個引腳按其功能來分，可分為如下三類： (1)電源及時鐘引腳：V、V；XTALXTAL2 (2)控制引腳： 、ALE、RESET（即RST） (3)I/O口引腳：P0、PPP3，為4個8位I/O口的外部引腳?，F(xiàn)在常用的芯片有很多種，如8031,8051,89C51,89C52等，本設(shè)計(jì)中選擇89C52作為微處理器。若電機(jī)電流大于設(shè)定值或車速高于設(shè)定值時，為了保護(hù)電機(jī)和系統(tǒng)的安全，控制器將對繼電器發(fā)出一個控制信號，斷開電機(jī)電源，停止助力，待系統(tǒng)正常后，再恢復(fù)助力功能。同時，系統(tǒng)對電機(jī)的輸出電流進(jìn)行采樣，采樣的結(jié)果一方面與目標(biāo)電流相比較，用于電機(jī)的控制。圖31 EPS控制器結(jié)構(gòu)圖當(dāng)控制器接收到汽車點(diǎn)火信號時，接通蓄電池電源，控制系統(tǒng)開始工作。對于硬件設(shè)計(jì)中所采用的抗干擾措施，本章也做了簡要介紹。在研究了電動助力轉(zhuǎn)向控制器的工作原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，作者自行設(shè)計(jì)開發(fā)了硬件控制器ECU。由于EPS系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量還不是很大，所以目前的控制器核心一般采用8位的單片機(jī)。圖29為電機(jī)、離合器、減速機(jī)構(gòu)組成。為了抑制噪聲和提高耐久性，減速機(jī)構(gòu)中的齒輪有的采用特殊齒形，有的采用樹脂材料制成。兩級行星齒輪減速機(jī)構(gòu)能提供較大的助力，一般用于小齒輪助力和齒條助力式EPS系統(tǒng)。 1 滑環(huán) 2 電磁線圈 3 壓板 4 花鍵 5 從動軸 6 主動軸 7 滾珠軸承圖28 電磁離合器結(jié)構(gòu)圖減速機(jī)構(gòu)也是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可缺少的部件，減速機(jī)構(gòu)的作用是降低電動機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而將電動機(jī)輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩放大后作用于轉(zhuǎn)向輸出軸。當(dāng)離合器通電時，電磁線圈產(chǎn)生的電磁力使壓板與主動輪端面壓緊。一般的EPS系統(tǒng)通常采用干式單片式電磁離合器，它的結(jié)構(gòu)如圖28所示，主要由電磁線圈、 主動輪、從動軸、壓板等組成。當(dāng)系統(tǒng)工作于助力模式時，離合器使電機(jī)與減速齒輪結(jié)合，傳送電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 5)過載能力強(qiáng)。 3)良好的低速平穩(wěn)性。一般應(yīng)滿足如下要求： 1)盡可能寬的調(diào)速范圍。為了降低噪聲和減小振動，有的電動機(jī)轉(zhuǎn)子外圓表面開有斜槽。在本文的研究中，作者采用脈沖發(fā)生器來模擬實(shí)際的車速信號，用于對控制策略的研究。圖27為車速傳感器的工作原理。常見的車速傳感器工作原理如圖27所示，車速傳感器由永久磁鐵、鐵芯及線圈組成。圖26 電位式轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出特性 車速信號也是系統(tǒng)控制重要依據(jù)之一，一方面它與轉(zhuǎn)矩信號結(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，系統(tǒng)將停止助力，改為手動操作。當(dāng)方向盤左轉(zhuǎn)時， V， V。當(dāng)方向盤處于中間位置時，主、 V。這些偏差使滑塊在軸方向移動，這些軸方向的移動轉(zhuǎn)換為圖26所示的控制桿里電位器的旋轉(zhuǎn)角度。因此，當(dāng)輸入軸相對輸出軸轉(zhuǎn)動時，滑塊按照輸入軸旋轉(zhuǎn)的方向和輸出軸的旋轉(zhuǎn)量，垂直移動(在軸方向)，(等于輸入軸相對于輸出軸旋轉(zhuǎn))?；瑝K相對于輸入軸可以在螺旋方向移動。本課題選用的即為非接觸電位式轉(zhuǎn)矩傳感器，主要由滑塊、鋼球、環(huán)和電位器組成。非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器的線性功能和滯后性能好，但價(jià)格較高。轉(zhuǎn)矩傳感器用于測量方向盤的輸出力矩的大小和方向，然后將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號傳送給控制器ECU，作為系統(tǒng)控制策略的重要依據(jù)之一，它直接影響到控制效果的好壞，所以很多廠家都非常重視轉(zhuǎn)矩傳感器的研究與開發(fā)。Kt=kt+——小齒輪、齒條和輪胎的等效彈簧的彈性系數(shù)，N/m；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然有著三種不同的類型，但其主要部件幾乎相同。其中e=。對于常規(guī)助力控制過程該模型的簡化對控制策略的影響不大，這里給出簡化的計(jì)算公式： FTR=KrXr+F (29)式中Kr—等效彈簧的彈性系數(shù)，N/m 。 FTR—輪胎轉(zhuǎn)向阻力及回正力矩等作用于齒條上的軸向力，N。 Xr—齒條的位移，m。對齒條和小齒輪進(jìn)行動力學(xué)建模，可以得到 Mr Xr + Br Xr=FTR (28) 式中Mr—齒條及小齒輪的等效質(zhì)量，Kg。 Tw—作用在輸出軸上的反作用轉(zhuǎn)矩，Nm /(rad / s) 。m。e=Tsen + G對轉(zhuǎn)向柱輸出軸及電機(jī)輸出軸進(jìn)行動力學(xué)分析，得到下面的運(yùn)動學(xué)方程: Je在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，電動機(jī)助力轉(zhuǎn)矩Ta可以如下式所示 Ta = Km (m –Ge) (26) 式中Km—電動機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的輸出軸剛性系數(shù)，N Ta—電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，N Tm—電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，Nm/(rad/s)。m。m=TmTa 　 (25)為什么不直接在公式編輯器中編輯？這個是我給你編輯的。對電動機(jī)機(jī)械部分受力分析，可以得到:Jmm并修改好。 s—輸出軸的旋轉(zhuǎn)角，rad 。由于轉(zhuǎn)矩傳感器是依靠扭桿的相對轉(zhuǎn)動產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，扭桿受到的轉(zhuǎn)矩與扭桿的扭轉(zhuǎn)角度成正比，即有 Tsen = Ks (se) (22)式中KS—扭桿的剛性系數(shù)，N Tsen—扭桿的反作用轉(zhuǎn)矩，N T—作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩，Nm /( rad / s) 。m。EPS的機(jī)械部分主要可分為轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸、電動機(jī)、減速結(jié)構(gòu)和齒輪齒條四個主要部分，根據(jù)系統(tǒng)的使用條件和研究對象，忽略一些次要因素，對EPS部件進(jìn)行簡化，在簡化的基礎(chǔ)上，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律建立各部分的力學(xué)模型，然后再根據(jù)各部件之間的相互約束關(guān)系，聯(lián)立各模型，得到如圖24所示的模型。當(dāng)動力轉(zhuǎn)向失敗或發(fā)生故障時，應(yīng)能保證通過人力進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱。轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角保持一定關(guān)系，并能使轉(zhuǎn)向車輪保持在任一偏轉(zhuǎn)角位上。駕駛員應(yīng)有良好的“路感”。轉(zhuǎn)向靈敏度就是轉(zhuǎn)向助力器產(chǎn)生助力作用的快慢程度。而行車轉(zhuǎn)向的操縱力不應(yīng)大于245N。而電動式助力轉(zhuǎn)向器由于采用電子控制系統(tǒng)，實(shí)時的調(diào)節(jié)和控制電機(jī)提供助力，因而能較好的解決這一矛盾。好的操縱輕便性，則要求轉(zhuǎn)向器具有較大的傳動比，這樣才能以較小的轉(zhuǎn)向盤操縱力獲得大的轉(zhuǎn)向力矩。對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求，主要可以概括為轉(zhuǎn)向的靈敏性和操縱的穩(wěn)定性。作為最初應(yīng)用的EPS，這種助力形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，不受安裝位置的限制，可以提供較大的助力力矩，電機(jī)的力矩波動不易傳遞到方向盤上。因此本設(shè)計(jì)采用此種助力方式。 2:小齒輪助力式(Pinionassist Type)這也是一種目前較為常見的助力形式，此時電動機(jī)、減速器直接與轉(zhuǎn)向小齒輪相連。但是電機(jī)輸出力矩的波動容易傳遞到方向盤上。由于