基于OSEK/VDX的电动助力转向系统设计

阻尼控制可以衰减汽车高速行驶时出现的方向盘抖动现象，消除转向轮因路面输入而引起的摆振。其原理很简单，即汽车处于高速行驶时，使电动机短路，其端电压变为零，电动机将不提供助力，但由于感应电动势的作用，电动机将产生与其转动方向相反的转矩。此过程等于增加了转向系统的阻尼，驾驶员能够获得适当的路感，不致有发飘的感觉。

2 EPS控制系统ECU设计

　　EPS系统实现的主要功能是采集扭矩传感器信号、车速传感器信号和电动机反馈电流信号，经控制器中的控制策略和控制算法，通过脉宽调制控制伺服电动机为驾驶员提供转向辅助力。另外，考虑到其应用对象的特殊性，其安全性要求的绝对地位，系统还需要提供许多应急处理方案。

　　EPS系统的硬件设计主要包括以下一些主要模块：控制器核心系统设计、控制单元接口电路、电动机驱动及其保护电路、电磁离合器控制电路、传感器信号处理电路以及电源系统电路的设计等，如图2所示。在这里主要介绍一下控制器和电机驱动电路。

图2 EPS硬件电路结构示意图

　　2.1 控制器

　　EPS系统的微控制器采用的是Microchip公司的PIC18F458芯片。该系列芯片具有以下性能：

　　① 16位宽指令，8位宽数据通道，2 MB的程序存储器、4 KB的数据存储器，高达10 MIPS的执行速度。

　　② 40 MHz时钟输入，4～10 MHz带PLL锁相环有源晶振/时钟输入。

　　③ 带优先级的中断和8×8单周期硬件乘法器。

　　④ 捕捉/比较/脉宽调制（CCP）模块：

　　捕捉输入——16位，最大分辨率为6.25 ns；

　　比较单元——16位，最大分辨率为100 ns；

　　脉宽调制（PWM）输出——分辨率为1～10位；

　　最高PWM频率——8位时频率为156 kHz，10位时频率为39 kHz。

　　⑤ 增强型CCP模块除具有以上CCP特性外，还具有1、2、4路的PWM输出，可选择PWM极性，可编程的PWM死区时间。

　　⑥ 10位，8通道的A/D转换。

　　⑦ CAN总线模块。

　 2.2 驱动电路设计

　　电动机控制电路的设计在电动助力转向系统的设计中是比较关键的部分。随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Pulse Width ModulaTIon，PWM)的控制方式已成为绝对主流。在本系统中，电机的控制就是采用的PWM脉宽调制控制方式。全桥双极性驱动电路如图3所示。

　　PIC18F458单片机的ECCP引脚连接2个驱动芯片IR2110（每个IR2110可控制2个MOSFET），来控制4个MOSFET的导通和截止，从而实现对助力电机的控制。EPS系统需要实现3种控制方式：常规控制、回正控制和阻尼控制。

图3 助力电机驱动电路