基于TMS320LF2407A的电动助力转向系统的设计

 

　　电动助力转向(Electric Power Steering，EPS)系统是一种依靠电动机直接提供辅助转矩的动力转向系统，将最新电力电子技术与电机控制技术应用于汽车转向系统，大大提高了汽车的经济性、动力性和机动性，适应了现代汽车技术的要求，并且节约燃料，有利于环保，已成为目前世界汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一。设计了一种基于TMS320LF2407A DSP控制的汽车电动助力转向系统，介绍了其硬件组成及软件结构，采用PID控制策略对电机电流进行闭环控制，利用PWM技术控制电机的电压，以调节助力电流达到助力转向的目的。并做了Matlah仿真实验，仿真结果表明，该系统具有良好的助力特性。　　

   1 EPS系统结构和工作原理

　　图1所示为典型的齿轮一齿条式电动助力转向系统示意图，其基本组成包括扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元(ECU)、电动机、减速机构及齿轮齿条转向器等。当汽车转向时，扭矩传感器测出方向盘的输出扭矩，送给电子控制单元(ECU)，电子控制单元再综合车速传感器送来的车速信号，并根据相应的控制策略确定一个目标电流，控制电动机转动。电动机的输出转矩通过离合器、减速机构的作用使车轮偏移一定的角度，从而起到对转向系统的助力作用。电子控制单元对传感器检测到的上述信号进行运算分析后，向驱动单元送出合理的控制信号，控制电机的电流大小和方向，同时将电压的电流信号作为反馈信号送到电子控制单元，形成闭环控制方式。

　　

 

　　2 电动助力转向系统硬件设计

　　2.1 控制原理

　　EPS系统硬件控制原理如图2所示，该系统是利用电流反馈技术建立起来的，其控制核心为TMS320LF2407A DSP。当汽车点火时，接通蓄电池电源，DSP上电后对EPS系统进行自检，自检通过后，闭合继电器和离合器，EPS系统开始工作。当驾驶员转动方向盘，即把扭矩传感器检测到方向盘的扭矩和转动方向信号，车速传感器检测到车速信号，经过处理之后送到TMS32LF2407A相应端口，DSP根据方向盘扭矩，通过PWM口发出电流指令和相应的转向控制端口发出转向命令，通过驱动电路及由4个MOSFET组成的H桥电路驱动电机转向。在此过程中，DSP检测到有故障发生时，将驱动警示灯发亮进行报警提示，同时断开继电器，恢复到机械转向状态。

　　

 

　　2.2 TMS320LF2407A芯片介绍

　　该系统的微处理器采用TI公司生产的TMS320LF2407A芯片。它是目前国际市场上较先进、功能较强大的16 b定点DSP芯片之一。TMS320LF 2407A是集成CAN通信接口的低成本数字处理器，面向电机的数字控制，运用于汽车电子领域。它采用高性能静态CMOS技术，具有低功耗和高速度的特点，工作电压为3.3 V，减少了控制器的功耗，40 MIPS的执行速度，提高了控制器的实时控制能力，片内32 KB的FLASH程序存储器，205 KB的数据/程序RAM，544 B双口RAM和2 KB的单口RAM，16通道10位A/D转换器，2组事件管理器：EVA、EVB，每个包括2个16 b通用定时器和8个16 b的PWM输出通道，改进的哈佛总线结构，支持动态改变锁相环的倍频系数，看门狗定时模块等，系统可靠稳定。同时该芯片对C语言的高编译效率，使得软件的开发周期大大缩短。

　　2.3 TMS320LF2407A电源电路

　　本系统选用5 V蓄电池电源，由于TMS320LF2407A芯片的工作电压为3.3 V，所以必须使用电源转换芯片。本系统采用TI公司的TPS7333Q电源转换芯片完成5 V到3.3 V的转换。该芯片使用PMOS晶体管传送电流，其栅极由电压驱动，工作电流低且在全负载内不变，具有内部电流限制和过热保护的特点，同时该芯片提供上电复位信号。