一种汽车电动助力转向控制系统的制作方法

本实用新型属于汽车控制领域，尤其涉及一种汽车电动助力转向控制系统。

背景技术：

随着电子控制技术的发展及其在汽车领域的广泛应用, 电动助力转向系统（Electric Power Steering, 简称EPS)越来越成为目前汽车电子技术研究的热点之一。

与传统的转向系统相比，EPS系统结构简单，灵活性大，可以获得理想的操纵稳定性，能动态地适应汽车行驶状况的变化，在操纵舒适性、安全性、环保、节能、易于维修等方面也充分显示了其优越性。目前, 电动助力转向已部分取代液压助力转向并获得广泛应用，如日本的大发、三菱、本田汽车公司，美国的Delphi汽车系统公司，德国的ZF公司等都相继研制出各自的EPS并装配使用。

国内对EPS 系统的研究起步较晚，仅有清华、华中科大、吉林大学、合肥工大等高校开展了系统结构的方案设计、系统建模和动力学分析等研究，但处在理论探索、实验研究阶段。国内部分汽车厂商如重庆长安、南昌昌河、东风、一汽等与高校联合研究，也都处在研制的初级阶段，未达到实用程度。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种汽车电动助力转向控制系统。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种汽车电动助力转向控制系统，包含扭矩传感器、转角传感器、车速传感器、温度传感器、输入接口电路、模数转换模块、控制器模块、离合器驱动电路、离合器、电动机驱动控制电路、输出接口模块、报警显示灯驱动电路、LED灯及蜂鸣器、存储器、直流电机、电源管理器和电源模块，所述扭矩传感器、转角传感器、车速传感器、温度传感器分别依次经过输入接口电路、模数转换模块连接控制器模块，所述控制器模块通过报警显示灯驱动电路连接LED灯及蜂鸣器，所述控制器模块通过电动机驱动控制电路连接直流电机，所述输出接口模块、存储器分别与控制器模块连接，所述电源模块通过电源管理器连接控制器模块。

作为本实用新型一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述控制器模块采用PIC16F877单片机。

作为本实用新型一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述电源模块采用车载12V蓄电池供电。

作为本实用新型一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述直流电机采用永磁式无刷直流电机。

作为本实用新型一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述扭矩传感器采用意大利BI公司的扭矩、位置复合传感器。

作为本实用新型一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述电动机驱动控制电路包含FET桥式电路、FET基极驱动电路、电流传感器、继电器驱动电路、继电器；所述控制器模块依次通过继电器驱动电路、继电器连接直流电机，所述控制器模块分别通过FET桥式电路、FET基极驱动电路连接直流电机，所述电流传感器设置在直流电机上，所述电流传感器与控制器模块连接。

作为本实用新型一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述电流传感器与控制器模块之间设有放大电路模块，所述放大电路模块包含放大器芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻，电流传感器的输出端分别连接第一电阻和第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接放大器芯片的正极，放大器芯片的负极与第三电阻串联后与第一电阻的另一端接地，放大器芯片的电压输出端连接控制器模块的输入端。

作为本实用新型一种汽车电动助力转向控制系统的进一步优选方案，所述FET基极驱动电路采用MOSFET专用栅极集成电路IR2109作为核心模块。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型的控制核心为PIC16F877单片机，控制单元结构，PIC16F877内部自带看门狗定时器、具有256Bytes的EEPROM、8k空间的FLASH存储器、8路10位AD转换功能、2个脉宽调制CCP模块、在线烧录调试（ISP）功能，宽电压工作，可靠性高；

本实用新型通过扭矩、转角、车速、温度等传感器把采集到的信号经过输入接口电路处理后送至单片机即控制器模块的相应端口, 单片机对这些数据分析处理,以确定助力电流的大小和方向，并通过单片机的PWM口发出脉冲指令和相应的换向控制端口发出换向指令，通过驱动电路和H桥电路控制直流电动机工作；

本实用新型在电动机的驱动电路上设有电流传感器，该传感器把检测到的电机实际工作电流通过电流探测电路反馈到单片机，单片机再根据相应的控制算法对电机实现闭环控制；

本实用新型采用高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，上管采用外部自举电容上电，使驱动电源数目大大减少，控制了电路板的体积，降低了成本，提高了系统可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的整体系统结构原理图；

图2是本实用新型电动机驱动控制电路的结构原理图；

图3是本实用放大电路模块的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型涉及的硬件模块均属于现有的功能硬件模块，其功能原理、具体的电路及连接使用方法均属于本领域技术人员公知的技术常识；

如图1所示，一种汽车电动助力转向控制系统，包含扭矩传感器、转角传感器、车速传感器、温度传感器、输入接口电路、模数转换模块、控制器模块、离合器驱动电路、离合器、电动机驱动控制电路、输出接口模块、报警显示灯驱动电路、LED灯及蜂鸣器、存储器、直流电机、电源管理器和电源模块，所述扭矩传感器、转角传感器、车速传感器、温度传感器分别依次经过输入接口电路、模数转换模块连接控制器模块，所述控制器模块通过报警显示灯驱动电路连接LED灯及蜂鸣器，所述控制器模块通过电动机驱动控制电路连接直流电机，所述输出接口模块、存储器分别与控制器模块连接，所述电源模块通过电源管理器连接控制器模块。本实用新型所涉及的单元模块除放大电路模块外均属于现有的单元模块，其功能及原理均属于本领域技术人员公知的技术常识，无需作出创造性劳动即可获取其功能原理，因为属于现有的单元模块。

工作原理：本实用新型的控制核心为PIC16F877单片机，控制单元结构，整个系统由车载12V蓄电池供电，ECU工作时，扭矩、转角、车速、温度等传感器把采集到的信号经过输入接口电路处理后送至单片机即控制器模块的相应端口, 单片机对这些数据分析处理,以确定助力电流的大小和方向，并通过单片机的PWM口发出脉冲指令和相应的换向控制端口发出换向指令，通过驱动电路和H桥电路控制直流电动机工作。在电动机的驱动电路上设有电流传感器，该传感器把检测到的电机实际工作电流通过电流探测电路反馈到单片机，对电机实现闭环控制。如EPS系统工作出现异常,单片机将驱动EPS灯亮进行报警提示，同时断开继电器、离合器，退出电动助力工作模式，转为人工手动助力模式。

具体实施例如下：

PIC16F877单片机：该款机型是美国Microchip公司生产的8位RISC结构的单片机，具有高速数据处理的特性(执行速度可达120ns)，PIC16F877内部自带看门狗定时器、具有256Bytes的EEPROM、8k空间的FLASH存储器、8路10位AD转换功能、2个脉宽调制CCP模块、在线烧录调试（ISP）功能，宽电压工作，可靠性高。PIC16F877有8级深度的硬件堆栈，RAM区的每个Byte位都可以寻址，有4条专用的位操作指令和2条移位指令。

直流电机：无刷直流电机在控制特性、效率、转矩脉冲、制造成本等方面，具有明显的优势。本实用新型采用永磁式无刷直流电机做为驱动源。

扭矩、转角传感器：本实用新型采用意大利BI公司的扭矩、位置复合传感器，该传感器除了提供扭矩信号外，还提供方向盘位置信号，为回正和阻尼逻辑的开发提供了便利。

如图2所示，所述电动机驱动控制电路包含FET桥式电路、FET基极驱动电路、电流传感器、继电器驱动电路、继电器；所述控制器模块依次通过继电器驱动电路、继电器连接直流电机，所述控制器模块分别通过FET桥式电路、FET基极驱动电路连接直流电机，所述电流传感器设置在直流电机上，所述电流传感器与控制器模块连接。

电动机驱动控制电路必须能够高精度、快速地调整电动机的转速和输出转矩，从而满足EPS系统实时性和可靠性的要求。本项目中后向通道的核心控制采用脉宽调制（PWM）控制H桥电路。直流电机PWM控制方式有多种，根据电机工作的实际需要和系统的整体要求，本项目采用受限单极可逆PWM控制模式，主要优点在于可以避免开关管同臂导通，运行可靠性高、不需附加延时电路、开关频率相对较高，特别适用于大功率、大转动惯量、可靠性要求较高的直流电机控制的场合。

FET桥式电路主要由四个大功率MOSFET功率管组成，要求功率管具有良好的开关特性、能承受较大的驱动电流、且具有较长的使用寿命，根据电机的功率参数及功率管的极限参数和电特性，我们采用四个相同的N沟道IRFP250功率管来构成H桥电路。

FET 基极驱动电路选用MOSFET专用栅极集成电路IR2109作为核心模块，该芯片是一种单通道、栅极驱动、高压高速功率器件，采用高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，上管采用外部自举电容上电，使驱动电源数目大大减少，控制了电路板的体积，降低了成本，提高了系统可靠性。

驱动电路：两个IR2109的IN端为驱动H桥同臂上下两个功率管的信号脉冲输入端，分别通过具有高速性能的6N137光电耦合器接至PIC16F877单片机的两个PWM脉冲输出端口；两个SD端分别与单片机的一个I/O口相连，控制电机停车操作；每个芯片的HO和LO端分别与同桥臂的功率管相连，控制电机转速；VB端通过自举二极管UF1005与+12V 电源相连，为了阻断特殊电路中所承受的全部电压，此处选用具有超快恢复特性的二极管UF1005。

所述电流传感器与控制器模块之间设有放大电路模块，如图3所示，所述放大电路模块包含放大器芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻，电流传感器的输出端分别连接第一电阻和第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接放大器芯片的正极，放大器芯片的负极与第三电阻串联后与第一电阻的另一端接地，放大器芯片的电压输出端连接控制器模块的输入端。

所述FET基极驱动电路采用MOSFET专用栅极集成电路IR2109作为核心模块。系统进行电流采样有两方面用途，一是为电动机提供保护；二是通过电流传感器反馈电枢电流的信号，以便对电枢电流进行闭环控制。