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

4.2 前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)調(diào)理電路
根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理,當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角發(fā)生變化時(shí)光電編碼器便會(huì)發(fā)出A、B 兩路相位差90°的數(shù)字脈沖信號(hào)。正轉(zhuǎn)時(shí)A 超前B 為90°,反轉(zhuǎn)時(shí)B 超前A 為90°。脈沖的個(gè)數(shù)與角度值成比例的關(guān)系,所以通過對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)就可以得到方向盤轉(zhuǎn)角的大小。考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的,既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn),也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),需要對(duì)編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行鑒相后才能計(jì)數(shù)。

我們可以把經(jīng)過D 觸發(fā)器之后的脈沖即方向控制脈沖(DIR)接到單片機(jī)的外部中斷INT0 端,經(jīng)過反向器后再接到另一個(gè)外部中斷INT1,并把計(jì)數(shù)脈沖A 接到單片機(jī)的片內(nèi)計(jì)數(shù)器T0 端即可。相對(duì)外部計(jì)數(shù)芯片來說,使用這種方法時(shí)電路相對(duì)要簡(jiǎn)單得多。系統(tǒng)工作時(shí),先要把兩個(gè)中斷設(shè)置成低電平觸發(fā),并打開相應(yīng)的中斷。當(dāng)DIR 高電平時(shí),表示方向盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn),INT1 中斷,執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序,進(jìn)行加計(jì)數(shù);而當(dāng)DIR 低電平時(shí),表示方向盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),INT0 中斷,執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序,進(jìn)行減計(jì)數(shù)(實(shí)際是重賦值,進(jìn)行加計(jì)數(shù))。圖4 為內(nèi)部計(jì)數(shù)器加減計(jì)數(shù)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

4. 3 液壓缸位移信號(hào)調(diào)理電路
電控系統(tǒng)中需要時(shí)刻檢測(cè)后輪轉(zhuǎn)角的當(dāng)前值,與目標(biāo)轉(zhuǎn)角值比較,得出偏差e( t),生成PWM 信號(hào),直到偏差e (t)在允許范圍內(nèi)。后輪轉(zhuǎn)角的測(cè)量是通過測(cè)量液壓缸的位移值間接得到。位移信號(hào)屬于模擬信號(hào),P89C52 單片機(jī)中沒有A/D 轉(zhuǎn)換模塊,需外接A/D 轉(zhuǎn)換電路。采用8 位的AD678 來完成。AD678 的優(yōu)點(diǎn)在于它的模擬信號(hào)輸入的極性非常容易控制,且引腳連接簡(jiǎn)便。
4.4 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行硬件電路設(shè)計(jì)
4.4.1 比例電磁閥驅(qū)動(dòng)電路
通常單片機(jī)輸出的開關(guān)電壓信號(hào)最大值為 5V,且根據(jù)MCS-51 系列芯片輸出的電氣性能可知,其輸出電流不宜超過15mA,不足以驅(qū)動(dòng)比例閥的電磁鐵。故必須要有一個(gè)驅(qū)動(dòng)功率放大器,把開關(guān)電壓信號(hào)加以放大,使在電磁線圈中產(chǎn)生足夠的激磁電流。對(duì)于比例方向閥,為了加快電磁線圈的電流響應(yīng)速度,必須采用快速驅(qū)動(dòng)電路,即電流的增長(zhǎng)和消退都非常迅速的電路。本文采用如圖7 所示的VMOS 功率場(chǎng)效應(yīng)管為主構(gòu)成功率放大器電路原理圖。該電路驅(qū)動(dòng)功率大,響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí),單片機(jī)與功率級(jí)之間隔離良好。在電路圖5 中,輸入部分和輸出部分采用兩套相互獨(dú)力的電源,且不共地,沒有電氣聯(lián)系,從而實(shí)現(xiàn)了電氣隔離。

4.5 其它外圍電路設(shè)計(jì)
4.5.1 電源電路
電源模塊是將車載電源通過 DC/DC 變換轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)所需要的電壓,車載電源為12V或24V,單片機(jī)系統(tǒng)工作電壓為5V。DC/DC 轉(zhuǎn)換器種類繁多,本系統(tǒng)采用78L00 系列的78L05進(jìn)行降壓。78L00 系列DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單實(shí)用,只需要另加兩個(gè)電容就可以構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路。78L05 的輸入范圍為7V-24V,輸出電壓為5V。
4.5.2 復(fù)位電路
在一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,為防止系統(tǒng)在加電、電源突然掉電以及電網(wǎng)瞬時(shí)欠壓而引起誤動(dòng)作,需要有可靠的復(fù)位電路和電源監(jiān)視電路。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)
本文針對(duì)多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)時(shí)多任務(wù)特性,提出了基于CAN 總線的多軸轉(zhuǎn)向技術(shù),以確保車輛在轉(zhuǎn)向狀態(tài)下的安全穩(wěn)定性及后橋轉(zhuǎn)向的快速跟隨特性;論文設(shè)計(jì)了包括主控模塊和控制執(zhí)行模塊在內(nèi)的多軸轉(zhuǎn)向電控單元。