[发明专利]基于DSP的交流永磁式电动助力转向控制系统与方法

权利要求书

1.DSP的交流电机电动助力转向控制器，包括DSP控制器，永磁同步电机及驱动电路，驱动保护电路，转矩，转角传感器，侧向加速度传感器，横摆加速度传感器，车速传感器，电流传感器，电机转子位置传感器及信号调理电路，通信接口电路；其特征在于：系统采用32位DSP为主控芯片；转矩，转角传感器，侧向加速度传感器，横摆加速度传感器，车速传感器，电流传感器通过7个A/D入DSP；DSP通过6路PWM输出与电机驱动电路连接，电机驱动电路通过三相电压输出端与永磁同步电机相连；DSP的CAN接口与CAN总线驱动器，使控制器接入汽车的CAN总线网络。

2.权利要求1所述的DSP的交流电机电动助力转向控制器的控制方法：

步骤1：初始DSP的时钟，各I/O端口，A/D，串口，CAN控制器，事件管理器；

步骤2：从转角传感器，侧向加速度传感器，横摆角速度传感器，车速传感器采集相应信号输入到DSP；建立汽车二自由度理想数学模型如下：

β·=Cf+Crmuβ+[lfCf-lrCrmu2-1]γ-Cfmuδfγ·=lfCf-lrCrIzβ+lf2Cf+lr2CrIzuγ-lfCfIzδf]]>

式中：Y_f为前轮胎所受侧向力；Y_r为后轮胎所受侧向力；β为质心侧偏角；γ为横摆角速度；δ_f为车轮转角；l_f为质心至前轴距离；l_r为质心至后轴距离；m为整车质量；u为车速；Iz为车辆绕Z轴的转动惯量；C_f为前轮胎侧偏刚度；C_r为后轮胎侧偏刚度；其中输入量为车速u和车轮转角δ_f，输出量为横摆角速度和质心侧偏角，其他参数为车辆常量；

步骤3：将实际前轮转角和车速输入输入上述二自由度汽车数学模型，得到理想横摆角速度值为r_ref；实际由横摆角速度传感器得到的横摆角速度大于r_ref时，车辆失稳；

步骤4：若车辆失稳，通过DSP驱动蜂鸣器和红色LED灯向驾驶员报警，进入车辆稳定控制程序步骤5；若车辆处于稳定状态，进入助力控制程序步骤7；

步骤5：稳定控制程序，以步骤2所述的侧向加速度，横摆角速度值为反馈控制指标，将实际测量的侧向加速度，横摆角速度值与汽车二自由度模型输出值比较，实现一个闭环反馈控制，经过PID控制得到附加前轮转角；

步骤6：由步骤步骤5中控制算法得到的附加车轮转角传给电机控制算法模块；电机控制模块采用转角闭环，转速闭环，转角闭环的三闭环控制方法，电机转角控制器得到目标转角信号与实际转角信号比较后通过P控制算法得到电机目标转速；转角控制器得到目标转速信号与实际转速信号比较后通过PI控制算法得到电机目标电流；电流控制器得到目标电流信号与实际反馈电流信号比较后通过矢量控制算法输出PWM到驱动电路，永磁同步电机通过减速器，转向器机构使车轮转到目标位置；

步骤7：助力控制程序；若车辆处于稳定状态，DSP分别采集由扭矩传感器，转角传感器，车速传感器采集扭矩Td，转角θ，车速V对汽车行驶工况和运动状态进行判断，然后选择控制模式；设采集到的转向盘转矩Td，的绝对值大于2N·M，转向盘角度θ和转角角速度的乘积大于零，系统进入助力控制模式步骤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控制器的单片机中，根据存储在DSP中的“扭矩，转速-电动机助力目标电流”表，确定电动机助力的目标电流，输入到电动机；若转向盘角度θ和角速度乘积小于零，系统将会进入回正控制模式以转角为零为控制目标，将转角传感器采集的转角作为反馈量，通过PID控制转角恢复到零；汽车速度V＞80km/h时，进入阻尼控制模式步骤使电动机输出为制动状态产生的阻尼效应；通过以上控制方法输出目标电流；

步骤8：电机得到由步骤7的算法得到目标电流，与电流传感器采集的电流构成一个负反馈控制器；中电流环采集三相电流和转子位置信号，经过Clarke和park变换将相互耦合的永磁同步电机三相相电流ia，ib，ic转换为两相旋转坐标系下互相垂直且独立的信号，其中横轴id、纵轴电流信号为iq；经过上述负反馈控制器后，输入经过SVPWM变换得到六路PWM信号控制逆变桥的通断，从而控制电机的转矩，达到转向助力的目的；

步骤9：返回步骤2循环实现稳定性判断。