基于ARM单片机的汽车电动助力转向系统的研究

　　保护电路主要由MOSFET缓冲电路和系统的继电器保护电路组成。开关器件在开通和关断过程中可能同时承受过压、过流、过大的di/dt、du/dt以及过大的瞬时功率，缓冲电路就是在开关过程中保护开关器件，抑制高电压和大电流的防护措施。本设计采用的是RCD充、放电缓冲电路，如图6所示。当MOSFET关断时，经二极管D向电容C充电，由于二极管正向导通时压降很小，所以关断时的过压吸收效果与电容的吸收效果相当。当MOSFET开通时，电容C通过电阻R放电，限制了MOSFET中的开通尖峰电流。RCD缓冲电路能有效地改善开关器件的开关特性，减小开关器件本身的功耗发热。

　　继电器保护电路主要是用于电机的过流保护并确保EPS在设定的车速范围内工作。ECU通过对电机电流的采样来确保电机工作在额定电流范围内。一旦电机电流高于设定的保护值，或车速超出设定范围，ECU就会向继电器发出一个关断信号，切断电机的电源，停止助力。

4 系统控制策略及仿真

　　国内外学者研究了不同的EPS控制策略，如PID控制[5～6]、H_∞鲁棒控制[7]、模糊控制[8]等。由于转矩信号和车速信号的输入特点非常适合采用模糊控制，而PD控制则具有较好的控制性能，因而综合这两种方法的特点，本文采用了模糊PD控制策略。其控制结构框图如图7所示。

　　这里，系统输入为地面反作用力矩，Tsw为方向盘把持力矩，Kp为PD控制的比例系数，Kd为PD的微分系数，Ia为目标电流，Tm为电机输出转矩。模糊控制器通过对转矩传感器信号的采集，在线整定Kp、Kd参数，用于PD控制，再由PD控制来确定系统的目标电流。在MATLAB环境下应用上述控制策略对EPS系统进行原地转向仿真，给定如图8所示的转向盘转向力矩的输入曲线，设定系统电流上限为30A。经过仿真计算得到的EPS系统对该输入的电流响应如图9所示。