单片机在汽车驾驶模拟器中的应用

摘要：汽车驾驶模拟器以其环保性、安全性、高效性应用广泛。但以往的汽车驾驶仿真器是以特性弹簧等作为回正力矩的生成元件，其可靠性无法保证，且模拟误差大。提出基于单片机的直流电机控制系统模拟汽车行驶过程中受到的回正力矩。该系统中上位机实时计算出汽车受到的回正力矩，通过串口发送至单片机，单片机通过PWM(脉宽调制)控制直流电机的输出力矩以达到模拟的目的。经实验验证，该系统能较准确模拟汽车受到的回正力矩，使得驾驶模拟器更准确地反映实际情况。
关键词：汽车驾驶模拟器；回正力矩；单片机；直流电机

通过研究汽车转向系统，建立汽车方向盘回正力矩的数学模型，采用一个直流力矩电机控制系统模拟汽车行驶时方向盘受到的回正力矩。将此系统应用于汽车驾驶仿真器中，电机产生的效果与驾驶真车行驶的状况相似，驾驶员可在汽车驾驶仿真器上熟练掌握操作程序后，再驾驶真车进行行驶练习。随着微电子技术的发展和微机价格下降，本系统将在汽车回正力矩模拟中得到广泛应用。

1 方向盘回正力矩的计算
车辆运行过程中的各种姿态和运行状况，参照固定在地面上的右手直角坐标系确定。一般情况下，车辆固定坐标系选择与操纵的起始点相一致。此坐标系如图l所示。

图1中，O为汽车质心；a、b分别为质心到前、后轴的距离；R为汽车转向半径。δ为前轮转向角。回正力矩的计算公式的具体推导过程及各参数的具体含义可参见文献。

2 控制系统的组成及驱动电路接线
系统以C805l单片机为控制器，采用专用集成驱动器IR2110驱动MOSFET构成H桥驱动电动机，以PWM(脉冲宽度调制)控制电动机输出力矩，以汽车速度和车轮转角为输入量，以电动机实际输出力矩为反馈量，用PID控制算法实时调整电机输出力矩。图2为直流力矩电机控制系统的结构框图。驱动电路采用2片IR2110驱动4个MOSFET构成H桥驱动电路，通过改变单片机的PWM控制电机的输出力矩。IR2llO自举驱动电路如图3所示。