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基于DSP永磁无刷直流电机电控助力转向系统 简述 所谓的助力转向是指汽车在转向时借助外力来联动转向。这样就可以达到省力的目的。介于现在汽车重量越来越大和轮胎越来越宽大的原因。多数的新型车型都已经配备助力转向系统，助力转向系统已经是大势所趋。现在的大多数车型在低速时如果无助力是很难启动的。大多数的助力转向系统是通过使用皮带驱动液压泵来产生液压的的一个液压系统。液压是发动机通过驱动泵而产生的。但是液压助力转向系统有时候发生作用是无效的，即当汽车直线行走的时候，液压助力转向系统提供给转向盘齿轮两边的力是平衡的。所以当扭矩加到转向盘时，液压管提供不等的力进而促进汽车向预定方向转动。 电控助力转向系统是用电气元器件组成。其不再使用任何液压系统的元器件。电控助力转向系统通过传感器来探测转向柱的运动和扭矩的变化而电脑模块则通过控制电机来向转向柱或转向齿轮提供助力。这样就可以根据不同的路况提供相应的助力。当这其中的某些电器元件出现故障时，机械转向系统即通过齿轮齿条来回正，其类似于液压助力转向系统。电控助力转向系统的第一个优点是节能，因为其不像液压系统那样液压泵需要不停的运作。另外电控助力转向系统同时也省去了履带的安装以及液压管在液压泵上的和装箱齿轮在底盘上的安装。这极大地简化了生产制造成本。 在过去的几年里，由于EAS相对于HPS更节能是的人们对EAS的需求急剧上升。交流电机被现代电源电路技术用于高效控制。由于交换技术的发展使得通过电源来给交流电机供电成为可能。传统的蜗轮直流电机与无刷直流电机相比，其提供的扭矩由于碳刷和电池尺寸的限制而受到限制。在这里无刷直流电机被用做执行机构。无刷直流电机可以提供很大的扭矩同时易于控制。这里基本的机械性能参数是不变的。电控助力转向系统上的无刷直流电机安装于转向柱表面，进而通过蜗轮减速器连接于车轮。EAS助力系统如下图1所示。 图1 注：Steering wheel----转向盘 Steering coloumn----转向柱 BLDC motor------无刷直流电机 Torsion bar-------扭杆 Torque sensor-------扭矩传感器 Rack and pinpion------齿条齿圈 Electronic control unit-------电控单元 当司机在转向时扭矩输出传感器就会根据（电脑模块判断出的）不同路况（通过电机）相应的减速输出不同的力矩。以了保证电瓶的寿命根据发动机在刚刚启动时的助力需求是根据发动机转速信号来控制的。而车速信号则是控制在不同车速下所需加的相应助力。助力会随着车速增大而减少。 EAS的控制系统主要有两方面，即助力控制和扭矩控制。在控制系统里主要是根据车速信号控制电机来输出的助力。而力矩的输出是根据扭矩传感器信号来控制的。根据转向盘与车轮（在不同路况下）之间扭矩的差异输出不同的扭矩是扭矩传感器信号的作用之一。车速信号和发动机信号会随着频率的变化发生脉动。对于整个系统来说，基于DSP芯片的永磁无刷直流电机控制器专门设计了三相反相模块。其同时具备了霍尔传感器和薄膜电容传感器的特性。永磁无刷直流电机的扭矩和电动势的分析方法类似于普通的直流电机。一个低成本的分流电阻器可以保证电流顺利通过而且可（达到）过电流保护和电流回正（的目的）。 2、系统硬件设计 电控助力转向系统的安装结构图如下图2所示。整车上的一个助力转向系统是由以下几个部件组成的： 数据信号处理器 驱动保护板 三相逆变器 装有霍尔传感器的永磁无刷直流电机 减速齿轮和传感器 图2 EAS的结构简图 注： Indicator-----指示信号 Steering wheel position sensor------转向盘位置传感器信号 Torque sensor------扭矩传感器信号 Vehicle speed------车速信号 Current sensor------电流传感器 Hall sensor------霍尔传感器 Power supply------电源提供电路 Signal process and protection-------信号传递和保护电路 Drive gate-----驱动门电路 2.1 处理器 用于控制和交流的DSP芯片是TMS320F24XX。该芯片的基本处理速度是40 MIPS，16字节的内核。几个相关的外围电路主要有脉宽调制电路和模数转换电路。 2.2 驱动保护电路 在这里选择的驱动MOSFET是集成家族的一员。DSP发出逻辑控制信号通过带宽调制（然后输出驱动电机）。 电流传送可以通过低成本的分流电阻来实现。压降通过模拟放大器处理然后连接到模数转换模块。这样就可以实现电流回正和保护。