Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ
ｓｔｅｅｒｉｎｇ；ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ；ＰＷＭ
０
引
言
Ｐｏｗｅｒ
矩，送给电子控制单元（ＥＣＵ），电子控制单元再综合车 Ｓｔｅｅｒｉｎｇ，ＥＰＳ）系统 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。
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ
ＹＡＮＧ
ｏｎ
ＤＳＰ
Ｘｉｎ－ｈｕａｌ。ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｓｈｕａｎ９２
（１．Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔｉｅｌｉｎｇ １１２０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｉｄｉｎｇ Ｆｉｒｅ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｒｅｗ．Ｔｉｄｉｎｇ １１２０００，Ｃｈｉｎａ）
图１
电动助力转向系统示意图
电动助力转向系统硬件设计
控制原理
ＥＰＳ系统硬件控制原理如图２所示，该系统是利
万方数据
第１１期
杨新华等：基于ＤＳＰ的电动助力转向系统的设计
２０９
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。 ３控制策略 利用电动机转矩和电流成正比的特性，采用控制电 动机电枢电流的方法，实现助力控制［１…。助力控制是 在转向过程中为减轻方向盘的操纵力，通过涡轮蜗杆减 速机构把电动机转矩作用在转向轴上的一种基本控制 模式。将方向盘转矩传感器检测到的转矩信号和车速 传感器检测到的车速信号输入到ＤＳＰ控制器中，根据 “扭矩一电动机助力目标电流”，确定电动机助力的目标 电流，输入到电动机，然后将霍尔电流传感器检测到的 实际电流和目标电流进行比较，利用ＰＩＤ调节器进行 调节，然后输出ＰＷＭ信号到驱动电路，进行电动机助 力，电动助力转向系统（ＥＰＳ）的基本控制过程如图４
ｔｏ
ａｄｊ
ｐｏｗｅｒ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｓｔｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅ
Ｍａｔｌａｂ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ
ｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｐｒｏｖｅ
ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｗｅｌｌ ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．
电动助力转向（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
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［１。３］，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［４］。与传统的液压转向系统相比，ＥＰＳ系统可 较容易地实现在车速不同时电动机提供的助力也不同， 保证汽车在低速行驶时转向轻便灵活，高速行驶时转向 稳定可靠［５‘６］。本文基于电动助力转向原理，采用了 ＰＩＤ控制策略，设计了一种基于ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ 以达到较好的转向性能。
２０１１年６月１日 第３４卷第１１期
现代电子技术
Ｍｏｄｅｒｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
Ｊｕｎ．２０１１
Ｖ０１．３４ Ｎｏ．１１
基于ＤＳＰ的电动助力转向系统的设计
杨新华１，王勇双２
（１．辽宁工程职业学院，辽宁铁岭１１２０００；２．铁岭市消防支队，辽宁铁岭１１２０００）
摘
要：电动助力转向（ＥＰＳ）是一种新型的汽车动力转向技术。设计了一种基于ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ ＤＳＰ控制的汽车电
号采集滤波子程序等。
［７］苏奎峰，吕强，耿庆峰，等．ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２原理与开发ＥＭ］．
北京：电子工业出版社，２００５．
Ｅｓ］王茂飞，程昱．ＤＳＰ技术与应用开发［Ｍ］．北京：清华大学出
版社，２００７．
［９］张雄伟，邹霞，贾冲．ＤＳＰ芯片原理与应用ＥＭ］．北京：机械
图４
电动助力转向系统基本助力控制过程
功能较强大的１６ ｂ定点ＤＳＰ芯片之一［７］。 ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ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 ３．１
电机助力控制算法 控制系统根据驾驶员加在方向盘上的力矩和当时
的车速，按照预制助力特性确定电机目标助力电流的大 小和方向。助力变化区域中，方向盘输入力矩与助力矩 按线性规律变化。其函数表达为：
ｒ０，
ｏ≤Ｔｄ＜Ｔｄｏ
双口ＲＡＭ和２ ＫＢ的单口ＲＡＭ，１６通道１０位Ａ／Ｄ转
ｆ＝Ｊ ｋ（口）×（Ｔｄ—Ｔｄｏ），Ｔｄｏ≤Ｔｄ＜Ｔｄ。。 【Ｉｎ。，Ｔｄ≥≥Ｔｄ。。。 式中：Ｊ为电动机目标电流；Ｊ。，为电动机最大工作电 流；Ｔａ为方向盘输入转矩；志（口）为助力特性曲线的梯 度，随车速增加而减小；Ｔ∞为系统开始助力时的方向 盘输入力矩；Ｔｄ。，为系统提供最大助力时的方向盘输 入力矩。 本系统采用直线型助力特性曲线，横坐标为方向 盘输入扭矩（单位：Ｎ・ｍ），纵坐标为助力电流ｆ。，其 中，Ｔｄｏ一±１
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｔｅｅｒｉｎｇ（ＥＰＳ）ｉｓ ｐｏｗｅｒ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ａ
ｎｅｗ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｏｎｅ ｋｉｎｄ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ａｒｅ
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ ＤＳＰ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｒａｍｅ
京：北京交通大学，２００７．
４
ＥＰＳ系统软件设计 根据上述控制方法，设计了相应控制软件。ＤＳＰ
Ｅ６］荆体魁．汽车电动助力转向控制系统的设计ＥＤ］．大连：大连
理工大学，２００５．
上电后要进行特殊功能寄存器的初始化，包括定时器工 作方式、Ａ／Ｄ采样方式设置等。初始化设置结束后，开 始检查ＥＰＳ系统中的电机、离合器、扭矩传感器等工作 是否正常，如有故障则点亮警示灯进行报警，若一切正 常则ＥＰＳ系统开始正常的电动助力控制，主程序流程 如图６所示。整个程序还包括一些子程序、如系统初始 化子程序、定时器中断子程序、故障信号检测子程序、信
ｓｔｒａｔｅｇｙ ｕｓｔ ｔｏ ｃａｒｒｙ
ｏｎ
ｉｎ—
ｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｄｏｐｔｓ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ｔｏ
ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｍｏｔｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄ ｍａｋｅｓ
ｕｓｅ
ｏｆ
ＰＷＭ
ｐｅｒ—
ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｔｏｒ ｖｏｌｔａｇｅ
１ ＤＳＰ
控制的ＥＰＳ系统，仿真结果表明采用ＰＩＤ控制方法可
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
２．１ 收稿日期：２０１１＿０２—２１ ２
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。
参考文献
［１］李慧琪，李伟光，王元聪。汽车电动转向系统的现状和发展
的稳定性和响应品质都比较好。因此，采用ＰＩＤ控制 算法能较好地按照控制策略的要求提供转向助力。
２１０８
主。１。６
￥１２
，Ｖ一］ｊ；｛ｊ
，；
ＰＩＤ
口］．电子技术，２００７，１０（８）：８４—８７． ［２］陈伯时．电力拖动自动控制系统ＥＭ］．北京：机械工业出版
ｋｍ／ｈ，方向盘转矩工作在一１０～＋１０ Ｎ・ｍ之间，
进入一７～＋７ Ｎ・ｍ后电动机电流达到饱和，电动机的 最大工作电流小于２０ Ａ。随着车速的增加，电机电流 减小，助力斜率减小，手感由轻转重，方向盘顺时针转向
万方数据
２１０
现代电子技术
２０１ｉ年第３４卷
和２００３．
黜
墓。６
２。
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／
｜ ，
［３］韩胜利．基于ＤＳＰ的汽车电动助力转向控制系统研究ＥＤ］．
长春：吉林大学，２００６．
ｑ
Ｅ４３唐子雷，李伟．汽车电动助力转向电子控制系统的研究ＥＪ］．
机械管理开发，２００７，８（４）：１０－１２． 图５助力转矩阶跃响应曲线