一種汽車電動(dòng)式轉(zhuǎn)向器的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
車輛的轉(zhuǎn)向性能直接影響到整車的機(jī)動(dòng)靈活性、操縱穩(wěn)定性和使用經(jīng)濟(jì)性。多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)通過改變前橋以外的其它橋轉(zhuǎn)角,在低速轉(zhuǎn)彎時(shí)改善汽車的靈活性、機(jī)動(dòng)性,在中高速時(shí)改善汽車的操縱穩(wěn)定性。通過改變汽車瞬時(shí)出現(xiàn)的過多轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向,增強(qiáng)汽車的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,使汽車行駛更安全,避免汽車由于過多轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向造成失控。
2 多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理
多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向控制模式按其結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同可分為機(jī)械式、液壓式和電子式等。目前多軸轉(zhuǎn)向裝置已將機(jī)械、液壓、電子、傳感器及微處理器控制技術(shù)緊密結(jié)合在一起。針對某三軸全路面起重機(jī)多橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控部分進(jìn)行研究。由于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性較強(qiáng),故采用了較為流行的CAN 總線控制方式。本文設(shè)計(jì)了一種高性能汽車電動(dòng)式轉(zhuǎn)向器的電控系
統(tǒng)部分。
3 電控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
基于 CAN 總線的多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),主要由主控模塊和驅(qū)動(dòng)控制模塊組成。主控模塊根據(jù)車輛的行駛姿態(tài)和多軸轉(zhuǎn)向控制策略(采用零側(cè)偏角比例控制策略)計(jì)算出各后橋的轉(zhuǎn)角值;驅(qū)動(dòng)控制模塊則負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向執(zhí)行過程的控制。多軸轉(zhuǎn)向主控模塊電控單元根據(jù)傳感器采集到的前輪轉(zhuǎn)角信號和車速信號,經(jīng)過預(yù)定的控制策略進(jìn)行處理計(jì)算,得到后橋最佳轉(zhuǎn)角值,同時(shí)將各橋轉(zhuǎn)角值發(fā)送到總線上?？刂茍?zhí)行模塊的電控單元,經(jīng)過辨認(rèn)接收到各自的數(shù)據(jù),經(jīng)過PID 控制將轉(zhuǎn)角值轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)比例電磁閥PWM 電壓信號,控制執(zhí)行液壓缸活塞的位置,同時(shí)通過位移傳感器將實(shí)時(shí)的液壓缸位移值反饋給電控單元,使得后橋各轉(zhuǎn)過的角度具有一定的精確度,從而實(shí)現(xiàn)多軸轉(zhuǎn)向的目的。
3.1 多軸轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)的總體概述
本文所設(shè)計(jì)的多軸轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)模塊組成,每個(gè)模塊又由三部分組成:傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其設(shè)計(jì)主要包括傳感器與控制器的選擇、信號采集系統(tǒng)及其處理電路設(shè)計(jì)、CAN 控制與接收電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)?；贑AN總線多軸轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)硬件框圖如圖1。

3.2 傳感器的選擇
(1) 車速傳感器
霍爾車速傳感器是一種基于霍爾效應(yīng)的磁電傳感器,具有對磁場敏感度高、輸出信號穩(wěn)定、頻率響應(yīng)高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點(diǎn),從而得到廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)主要由齒圈、霍爾元件、永久磁鐵和電子線路等組成。其原理如下圖2 所示:

(2) 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器
多軸轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中,需要前輪轉(zhuǎn)角作為控制參數(shù),由于前輪轉(zhuǎn)角值較難獲得,所以采用測量方向盤轉(zhuǎn)角值,通過運(yùn)算得出前輪轉(zhuǎn)角值。
(3) 液壓缸位移傳感器
多軸轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中要獲取后輪轉(zhuǎn)角值來判斷轉(zhuǎn)向是否到位,由于直接測量后輪轉(zhuǎn)角較為困難,而液壓缸的位置與后輪轉(zhuǎn)角一一對應(yīng),于是我們通過測量液壓缸位移間接測量后輪轉(zhuǎn)角,同時(shí)將轉(zhuǎn)角值反饋回ECU 中。本文采用變阻式位移傳感器。在微處理器的選擇方面, 我們力求吸收國內(nèi)外成熟產(chǎn)品寶貴經(jīng)驗(yàn),在進(jìn)行了廣泛的電子產(chǎn)品市場調(diào)研后,在綜合性價(jià)比的基礎(chǔ)上,本系統(tǒng)選用了PHLIPS 公司生產(chǎn)的8 位P89C52 系列單片機(jī)作為微處理器。
3.3 CAN 總線系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)
基于 CAN 總線多軸轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)中CAN 總線節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)尤為重要。本文設(shè)計(jì)的CAN總線節(jié)點(diǎn)系統(tǒng),采用P89C52 作為微處理器, 在CAN 通信接口中,CAN 通信控制器SJA1000,CAN 總線驅(qū)動(dòng)器采用82C250。電路主要由四部分所構(gòu)成:微控制器P89C52、獨(dú)立CAN 通信控制器、SJA1000CAN 總線收發(fā)器82C250 和高速光電耦合器6N137。微處理器P89C52 負(fù)責(zé)SJA1000 的初始化,通過控制SJA1000 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。