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基于單片機的EPS驅動電路設計[1]

交換技術與網絡管控責任編輯：qishao 2012-04-01

摘要：電動助力轉向系統(tǒng)（EPS,ElectricPowerSteering）是未來轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動機直接提供轉向助力，具有調整簡單、裝置靈活以及無論在何種工況下都能提供轉向助力的特點。EPS最為突出的是該系統(tǒng)可在不更換系統(tǒng)硬件的情況下，通過改變控制器軟件的設計，十分方便地調節(jié)系統(tǒng)的助力特性，使汽車能在不同車速下獲得不同的助

電動助力轉向系統(tǒng)（EPS,Electric Power Steering）是未來轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動機直接提供轉向助力，具有調整簡單、裝置靈活以及無論在何種工況下都能提供轉向助力的特點。EPS最為突出的是該系統(tǒng)可在不更換系統(tǒng)硬件的情況下，通過改變控制器軟件的設計，十分方便地調節(jié)系統(tǒng)的助力特性，使汽車能在不同車速下獲得不同的助力特性，以滿足不同工況下駕駛員對路感的要求。

電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）主要包括傳感器、控制器和執(zhí)行器三大部件。傳感器將采集到的信號經過相應處理后輸人到控制器，控制器運行內部控制算法，向執(zhí)行器發(fā)出指令，控制執(zhí)行器的動作，系統(tǒng)結構如圖1所示。其工作原理為：在操縱方向盤時，轉矩傳感器根據(jù)輸人轉向力矩的大小，產生出相應的電壓信號，由此電動式動力系統(tǒng)就可以檢測出操縱力的大小，同時，根據(jù)車速傳感器產生的脈沖信號又可測出車速，再控制電動機的電流，形成適當?shù)霓D向助力。

2 EPS控制系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 微控制器的選擇

MOTOROLA公司的MC9S12系列單片機是基于16位HCS12 CPU及0.5μm制造工藝的高速、高性能5.0V FLASH微控制器，是根據(jù)當前汽車的要求設計出來的一個系列。它使用了鎖相環(huán)技術或內部倍頻技術，使內部總線速度大大高于時鐘產生器的頻率，在同樣速度下所使用的時鐘頻率較同類單片機低很多，因而高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合于汽車內部惡劣的環(huán)境。設計方案采用MC9S12DP256單片機，其主頻高達25 MHz,同時片上還集成了許多標準模塊，包括2個異步串行通信口SCI,3個同步串行通信口SPI,8通道輸人捕捉/輸出比較定時器、2個10位8通道A/D轉換模塊、1個8通道脈寬調制模塊、49個獨立數(shù)字I/0口（其中20個具有外部中斷及喚醒功能）、兼容CAN2.OA/B協(xié)議的5個CAN模塊以及一個內部IC總線模塊；片內擁有256 KB的Flash EEPROM,12KB的RAM及4KB的EEPROM,資源十分豐富。

2.2 硬件電路總體框架

電動助力轉向系統(tǒng)的硬件電路主要包括以下模塊：MC9S12DP256微控制器、電源電路、信號處理電路、直流電機功率驅動模塊、故障診斷模塊與顯示模塊、車速傳感器、扭矩傳感器、發(fā)動機點火信號、電流及電流傳感器等接人處理電路，另外還有電磁離合器等。

直流電動機是EPS系統(tǒng)的執(zhí)行元件，電機的控制電路在系統(tǒng)設計中有著特殊的地位。在本系統(tǒng)中采用脈寬調制（PWM）控制H橋電路實施對直流電動機的控制，由4個功率MOSFET組成，如圖3所示。采用PWM 伺服控制方式，MOSFET功率管的驅動電路簡單，工作頻率高，可工作在上百千赫的開關狀態(tài)下。系統(tǒng)采用4個International Reetifier公司生產的IRF3205型MOSFET功率管組成H橋路的4個臂。IRF3205具有8 mΩ導通電阻、功耗小、耐壓達55V、最大直流電流110A、滿足EPS系統(tǒng)對MOSFET功率管低壓（正常工作不超過15V）大電流（額定電流30 A）的要求。

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