一種汽車電動式轉(zhuǎn)向器的電控系統(tǒng)設(shè)計
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4 信號采集硬件電路設(shè)計
4.1 車速信號調(diào)理電路
多軸轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)需要實時檢測車速值,車速值的檢測是由霍爾車速傳感器將變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速變換成不同頻率的序列脈沖,單片機對脈沖序列進行計數(shù),轉(zhuǎn)換成當(dāng)前的車速值。一般傳感器產(chǎn)生的脈沖信號比較微弱,要通過放大電路處理成TTL 或CMOS信號輸入單片機,但是車用傳感器內(nèi)部大都有信號處理電路,輸出電壓為車用電壓范圍,須調(diào)整后才能輸入到單片機中。此外,從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用,可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。根據(jù)以上原理設(shè)計的車速信號調(diào)理電路如圖3。
本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/197890.htm4.2 前輪轉(zhuǎn)角信號調(diào)理電路
根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理,當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角發(fā)生變化時光電編碼器便會發(fā)出A、B 兩路相位差90°的數(shù)字脈沖信號。正轉(zhuǎn)時A 超前B 為90°,反轉(zhuǎn)時B 超前A 為90°。脈沖的個數(shù)與角度值成比例的關(guān)系,所以通過對脈沖的計數(shù)就可以得到方向盤轉(zhuǎn)角的大小。考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動是雙向的,既可順時針旋轉(zhuǎn),也可逆時針旋轉(zhuǎn),需要對編碼器的輸出信號進行鑒相后才能計數(shù)。
我們可以把經(jīng)過D 觸發(fā)器之后的脈沖即方向控制脈沖(DIR)接到單片機的外部中斷INT0 端,經(jīng)過反向器后再接到另一個外部中斷INT1,并把計數(shù)脈沖A 接到單片機的片內(nèi)計數(shù)器T0 端即可。相對外部計數(shù)芯片來說,使用這種方法時電路相對要簡單得多。系統(tǒng)工作時,先要把兩個中斷設(shè)置成低電平觸發(fā),并打開相應(yīng)的中斷。當(dāng)DIR 高電平時,表示方向盤順時針旋轉(zhuǎn),INT1 中斷,執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序,進行加計數(shù);而當(dāng)DIR 低電平時,表示方向盤逆時針旋轉(zhuǎn),INT0 中斷,執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序,進行減計數(shù)(實際是重賦值,進行加計數(shù))。圖4 為內(nèi)部計數(shù)器加減計數(shù)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
4. 3 液壓缸位移信號調(diào)理電路
電控系統(tǒng)中需要時刻檢測后輪轉(zhuǎn)角的當(dāng)前值,與目標轉(zhuǎn)角值比較,得出偏差e( t),生成PWM 信號,直到偏差e (t)在允許范圍內(nèi)。后輪轉(zhuǎn)角的測量是通過測量液壓缸的位移值間接得到。位移信號屬于模擬信號,P89C52 單片機中沒有A/D 轉(zhuǎn)換模塊,需外接A/D 轉(zhuǎn)換電路。采用8 位的AD678 來完成。AD678 的優(yōu)點在于它的模擬信號輸入的極性非常容易控制,且引腳連接簡便。
4.4 驅(qū)動執(zhí)行硬件電路設(shè)計
4.4.1 比例電磁閥驅(qū)動電路
通常單片機輸出的開關(guān)電壓信號最大值為 5V,且根據(jù)MCS-51 系列芯片輸出的電氣性能可知,其輸出電流不宜超過15mA,不足以驅(qū)動比例閥的電磁鐵。故必須要有一個驅(qū)動功率放大器,把開關(guān)電壓信號加以放大,使在電磁線圈中產(chǎn)生足夠的激磁電流。對于比例方向閥,為了加快電磁線圈的電流響應(yīng)速度,必須采用快速驅(qū)動電路,即電流的增長和消退都非常迅速的電路。本文采用如圖7 所示的VMOS 功率場效應(yīng)管為主構(gòu)成功率放大器電路原理圖。該電路驅(qū)動功率大,響應(yīng)時間在毫秒級,單片機與功率級之間隔離良好。在電路圖5 中,輸入部分和輸出部分采用兩套相互獨力的電源,且不共地,沒有電氣聯(lián)系,從而實現(xiàn)了電氣隔離。
4.5 其它外圍電路設(shè)計
4.5.1 電源電路
電源模塊是將車載電源通過 DC/DC 變換轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)所需要的電壓,車載電源為12V或24V,單片機系統(tǒng)工作電壓為5V。DC/DC 轉(zhuǎn)換器種類繁多,本系統(tǒng)采用78L00 系列的78L05進行降壓。78L00 系列DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路簡單實用,只需要另加兩個電容就可以構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路。78L05 的輸入范圍為7V-24V,輸出電壓為5V。
4.5.2 復(fù)位電路
在一般的計算機系統(tǒng)中,為防止系統(tǒng)在加電、電源突然掉電以及電網(wǎng)瞬時欠壓而引起誤動作,需要有可靠的復(fù)位電路和電源監(jiān)視電路。
本文作者創(chuàng)新點
本文針對多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實時多任務(wù)特性,提出了基于CAN 總線的多軸轉(zhuǎn)向技術(shù),以確保車輛在轉(zhuǎn)向狀態(tài)下的安全穩(wěn)定性及后橋轉(zhuǎn)向的快速跟隨特性;論文設(shè)計了包括主控模塊和控制執(zhí)行模塊在內(nèi)的多軸轉(zhuǎn)向電控單元。
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