[发明专利]方向盘回正及驱动装置和方法

权利要求书

1.一种方向盘回正及驱动装置，包括方向盘(11)、与方向盘(11)固定连接的轴(12)，其特征在于：所述方向盘(11)底部的轴(12)上安装有力矩传感器(8)，所述轴(12)的端部连接有步进电机(7)和编码器(9)，所述力矩传感器(8)和编码器(9)均与单片机(3)连接，所述步进电机(7)通过驱动芯片(6)连接有单片机(3)连接，所述单片机(3)连接有通信芯片(2)，所述通信芯片(2)通过通信接口(1)与上位机(13)连接。

2.根据权利要求1所述的方向盘回正及驱动装置，其特征在于：所述单片机(3)为C8051F221单片机，所述驱动芯片(6)为TA8435H芯片，所述单片机引脚P1.3通过滤波电容(4)接地，单片机引脚P1.3通过滤波电阻(5)与驱动芯片(6)连接，单片机引脚P1.3通过滤波电阻(5)与电容(14)串联后接地，单片机引脚P1.0、引脚P1.1、引脚P1.2分别与驱动芯片(6)的时钟输入端CK1、正反转CW/CCW控制输入端，使能端ENABLE相连接，驱动芯片(6)与步进电机(7)连接，驱动芯片(6)的B相和A相电流检测端分别通过限流电阻(10)接地。

3.一种方向盘回正及驱动方法，包括以下步骤：编码器测量方向盘转角，当上位机发出回正或驱动或复位的指令时，单片机接收并解析指令，同时向上位机返回方向盘转角，单片机根据车速和方向盘转角控制步进电机的旋转方向、旋转力矩、旋转速度和旋转角度，步进电机驱动方向盘实现回正或驱动或复位动作。

4.根据权利要求3所述的方向盘回正及驱动方法，其特征在于，所述单片机解析指令为回正指令时，方向盘回正方向控制步骤为：

①、单片机对编码器方波计数，当方向盘顺时针旋转时，对方波计数相加，反之则相减，单片机根据方波计数值和编码器分辨率计算方向盘实际旋转角度；

②、当方向盘实际旋转角度绝对值大于方向盘间隙值时，单片机控制步进电机驱动芯片电流输出方向，使步进电机产生向减小旋转角度的方向旋转；

③单片机根据方向盘旋转角度和步进电机步进角计算脉冲数量，向步进电机驱动芯片发送计算所得脉冲数量，当方向盘实际旋转角度绝对值小于方向盘间隙值时，单片机控制步进电机驱动芯片输出电流为零，方向盘处于回正的浮动状态。

5.根据权利要求3所述的方向盘回正及驱动方法，其特征在于，所述单片机解析指令为回正指令时，方向盘回正力矩控制步骤为：

①、单片机接收上位机发送的车速；

②、单片机根据车速、方向盘旋转角度、力矩三个变量之间的关系，计算步进电机力矩；

③、单片机根据步进电机力矩和电流两个变量之间的关系，计算步进电机所需电流大小；

④、单片机采用PWM技术输出与电流大小成正比的电压，该电压控制步进电机驱动芯片输出所需电流，该电流控制步进电机的力矩，控制方向盘回正力矩。

6.根据权利要求3所述的方向盘回正及驱动方法，其特征在于，所述单片机解析指令为回正指令时，方向盘的回正速度控制步骤为：单片机根据方向盘旋转角度、车速、旋转速度三者变量之间的关系，调整向步进电机驱动芯片发送的脉冲频率，通过脉冲频率控制步进电机旋转速度，控制方向盘回正速度。

7.根据权利要求3所述的方向盘回正及驱动方法，其特征在于，所述单片机解析指令为驱动指令时，方向盘驱动方向控制步骤为：

①、单片机接收上位机发送的方向盘旋转角度，同时根据编码器方波计数和编码器分辨率计算方向盘实际旋转角度，再计算方向盘目标旋转角度和实际旋转角度的方向盘旋转角度差值；

②、当方向盘旋转角度差绝对值大于方向盘间隙值时，单片机根据旋转角度差控制步进电机驱动芯片的电流方向，使步进电机向减小旋转角度差的方向旋转；

③、单片机根据方向盘旋转角度差和步进电机步进角计算脉冲数量，然后向步进电机驱动芯片发送计算所得脉冲数量，当方向盘旋转角度差绝对值小于方向盘间隙值时，单片机控制步进电机驱动芯片输出电流为零，控制步进电机力矩为零，使方向盘处于浮动状态。