基于DSP的电动助力转向系统的设计

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：

式中：I为电动机目标电流；Imax为电动机最大工作电流；Td为方向盘输入转矩；k(v)为助力特性曲线的梯度，随车速增加而减小；Td0为系统开始助力时的方向盘输入力矩；Tdmax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Im，其中，Td0=±1 N·m，Tdmax=±7 N·m，Vmax=80 km／h，方向盘转矩工作在-10～+10 N·m之间，进入-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，方向盘顺时针转向和逆时针转向时曲线对称。
3. 2 电机电流控制算法
本系统使用的是数字PID控制器，其算法有位置式控制算法和增量式控制算法两种。位置式PID控制算法为全量输出，其产生的控制电动机的电流易产生方向盘振动，因此采用增量式PID控制算法来进行电动机电流的控制。
增量式PID控制算法表达式为：

式中：Un为控制量，也是电机驱动电路的输入量；en为电机目标电流和实际电流之间的差值；kP为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数。
3．3 仿真结果分析
由于EPS的助力转矩跟电动机的电流成正比，因此分析系统助力转矩的变化就能得出系统助力电流的变化规律，从而研究EPS中电动机助力电流控制的算法。

图5是系统在Matlab中PID控制下电动机输出的助力转矩对方向盘输入转矩的阶跃响应曲线，从中可以很明显地看出，采用PID控制系统达到稳态值需要的时间短、超调量小，振荡次数少，说明PID控制系统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。

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、信号采集滤波子程序等。

5 结论
TMS320LF2407A是一种新型16 bDSP，利用它作为控制核心，简化了电动助力转向系统的硬件电路的设计，有利于控制系统小型化。同时采用PID控制对电动机输出电流进行闭环控制，系统助力跟随性能好，响应速度快，控制精度高。