电动方向盘电机驱动控制器的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，属于自动驾驶领域，本发明专利技术要解决的技术问题为如何通过驱动电机运转控制电动方向盘的高精度动作，进而实现自动驾驶，采用的技术方案为：该方法是主控芯片DSP通过数字通讯总线向无框电机控制驱动器发送指令，无框电机控制驱动器中的控制电路接收到该指令，并根据当前伺服电机的电流、速度及位置信息采用伺服电动机磁场定向矢量控制系统计算伺服电机三相电压，再通过PWM信号输出；无框电机控制驱动器中的栅极驱动电源为驱动电路供电，驱动电路将PWM信号放大，用以驱动无框电机控制驱动器中的功率管MOSFET，实现低噪音、高效率能量转换。

【技术实现步骤摘要】
电动方向盘电机驱动控制器的实现方法
本专利技术涉及自动驾驶
，具体地说是一种电动方向盘电机驱动控制器的实现方法。
技术介绍
随着车辆无人驾驶技术的蓬勃发展和先进伺服控制系统的研制，人们对舵机整体工作性能的要求越来越高，促使了舵机向着体积质量不断减小、承载能力不断增强、控制性能不断提高的方向发展。舵机是车辆无人驾驶方向盘控制系统的重要执行机构，其性能的优劣直接影响到车辆控制系统的动态品质，由于舵机具有简单可靠、工艺性好、使用维护方便、能源单一、成本低廉、易于控制等优势受到了广泛关注和深入研究，广泛应用于车辆控制系统领域。目前市场应用的自动驾驶方向盘都是采用液压原理来驱动转向液压泵，实现车轮的转动，液压方案安装会改动整个车辆的液压油路，更改原车的结构，对后期车辆售后保修造成很大困难，并且安装非常麻烦。应市场需求，出现了电动方向盘，车载原装电瓶供电，无需改变原车结构，只需方向盘下方安装个驱动电机即可，但是如何通过驱动电机运转控制电动方向盘的高精度动作，进而实现自动驾驶是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是提供一种电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，来解决如何通过驱动电机运转控制电动方向盘的高精度动作，进而实现自动驾驶的问题。本专利技术的技术任务是按以下方式实现的，一种电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，该方法是主控芯片DSP通过数字通讯总线向无框电机控制驱动器发送指令，无框电机控制驱动器中的控制电路接收到该指令，并根据当前伺服电机的电流、速度及位置信息采用伺服电动机磁场定向矢量控制系统计算伺服电机三相电压，再通过PWM信号输出；无框电机控制驱动器中的栅极驱动电源为驱动电路供电，驱动电路将PWM信号放大，用以驱动无框电机控制驱动器中的功率管MOSFET，实现低噪音、高效率能量转换；其中，无框电机控制驱动器(MCU)通过CAN通讯电路与运动控制器进行数据传输，电池组为无框电机控制驱动器供电。作为优选，所述伺服电动机磁场定向矢量控制系统具体如下：(一)、通过电流传感器测量逆变器输出的定子电流iA、iB，经过主控芯片DSP的A/D转换器转换成数字量，并计算出iC，公式如下：iC＝-(iA+iB)；(二)、通过Clarke变换和Park变换将电流iA、iB、iC变换成旋转坐标系中的直流分量isq、isd，isq、isd作为电流环的负反馈量；(三)、利用直线光栅尺测量电动机的机械位移θm，并将其转换成电角度θe和速度n；其中，电角度θe用于参与Park变换和逆变换的计算；速度n作为速度环的负反馈量；(四)、给定速度nref与速度反馈量n的偏差经过速度PI调节器，其输出作为用于转矩控制的电流q轴参考分量isqref；(五)、isqref和isdref(等于零)与电流反馈量isa、isd的偏差经过电流PI调节器分别输出Odq旋转坐标系的相电压分量Vsqref和Vsdref；六、Vsqref和Vsdref再通过Park逆变换转换式Oαβ直角坐标系的定子相电压矢量的分量Vsaref和Vsbref；(七)、当定子相电压矢量的分量Vsares、Vsbref和其所在的扇区数已知时，利用电压空间矢量SVPWM技术产生PWM控制信号来控制逆变器。作为优选，所述无框电机控制驱动器采用电源变换电路供电，电源变换电路包括母线电压转+5V、12V电源模块以及5V转3.3V电源模块；母线电压通过DC/DC变换芯片变换为+5V、12V电源模块，再用电压转换芯片由5V转3.3V；其中，3.3V用于主控芯片DSP及其外围电路供电；+5V用于CAN通讯电路通信及电流采用及处理电路供电；12V用于驱动电路的供电。更优地，所述电流采用及处理电路采用ACS712电流传感器IC，ACS712电流传感器IC通过霍尔效应，检测电流的大小，输出一个以2.5V为基准的电压值，Vout的电压值通过高精度电阻分压；经过二极管后，进入到主控芯片DSP的AD采集引脚进行AD转换，二极管起到保护作用。作为优选，所述无框电机控制驱动器内设有电流保护电路，电流保护电路在伺服电机绕组中的电流峰值超出功率管MOSFET的额定电流时，即达到比较器LM339的设定值时，输出低电平信号Fault信号给故障综合电路，触发产生高电平给三态输出总线接收器，动作输出关断信号，使功率开关关断，从而保护了功率开关管，以免受到损坏。作为优选，所述CAN通讯电路采用高速实时总线，给无框电机控制驱动器发出位置、速度给定，控制伺服电机的转动，实现关节的运动功能；具体为：根据一个关节或多个关节所需要的运动，由上位机根据运动学解算得出关节上各个伺服电机的实时运行速度和位置，实时性要求很高，并将实时数据通过高速实时总线传送给相应的伺服电机。更优地，所述CAN通讯电路采用TI生产的型号为SN65HVD230作为局域网的接收和发送芯片，SN65HVD230的供电电源为3.3V；CAN通讯电路采用TVS(双向瞬态电压抑制器)作为CAN总线保护器，用以保护和容错，使CAN通讯电路中的CAN收发器免受EMI和ESD的影响；CAN通讯电路中的二极管采用双向配置，防止长电缆系统因共模电压失调而对正常的数据线路信号造成的钳位。作为优选，所述主控芯片DSP初始化具体如下：(1)、主控芯片DSP的主程序启动；(2)、系统初始化；(3)、清除保护、错误数据；(4)、硬件初始化；(5)、功能模块初始化：包括PWM模块初始化、AD转换初始化、中断模块初始化、SCI模块初始化、CAN模块初始化及I/O口模块初始化；(6)、启动直线光栅尺功能；(7)、检测、定义相电流零点；(8)、电机动子位置初始化；(9)、初始化计算机功能变量；(10)、使能中断；(11)、判断是否等待中断。更优地，所述伺服电动机磁场定向矢量控制系统包括定时器下溢中断子模块，定时器下溢中断子模块具体如下：S1、保护现场；S2、电流采样；S3、位置差采样；S4、数字滤波；S5、计算动子位置；S6、刷新SCI通讯数据；S7、刷新CAN通讯电路通讯数据：S8、判断是否外闭环：①、若是，则执行步骤S9；②、如否，则跳转至步骤S11；S9、位置PID控制；S10、速度PI控制；S11、相电流处理；S12、Clarke变换；S13、求sim、cos值；S14、Park变换；S15、q轴电流PI调节；S16、d轴电流PI调节；S17、Park逆变换；S18、求取扇区；S19、求取T0、T1和T2；S20、PWM比较器更新数据。更优地，所述步骤S10中速度PI控制具体如下：S10-1、速度PI调节；S10-2、读取速度给定n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，其特征在于，该方法是主控芯片DSP通过数字通讯总线向无框电机控制驱动器发送指令，无框电机控制驱动器中的控制电路接收到该指令，并根据当前伺服电机的电流、速度及位置信息采用伺服电动机磁场定向矢量控制系统计算伺服电机三相电压，再通过PWM信号输出；无框电机控制驱动器中的栅极驱动电源为驱动电路供电，驱动电路将PWM信号放大，用以驱动无框电机控制驱动器中的功率管MOSFET，实现低噪音、高效率能量转换；/n其中，无框电机控制驱动器通过CAN通讯电路与运动控制器进行数据传输，电池组为无框电机控制驱动器供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，其特征在于，该方法是主控芯片DSP通过数字通讯总线向无框电机控制驱动器发送指令，无框电机控制驱动器中的控制电路接收到该指令，并根据当前伺服电机的电流、速度及位置信息采用伺服电动机磁场定向矢量控制系统计算伺服电机三相电压，再通过PWM信号输出；无框电机控制驱动器中的栅极驱动电源为驱动电路供电，驱动电路将PWM信号放大，用以驱动无框电机控制驱动器中的功率管MOSFET，实现低噪音、高效率能量转换；
其中，无框电机控制驱动器通过CAN通讯电路与运动控制器进行数据传输，电池组为无框电机控制驱动器供电。


2.根据权利要求1所述的电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，其特征在于，所述伺服电动机磁场定向矢量控制系统具体如下：
(一)、通过电流传感器测量逆变器输出的定子电流iA、iB，经过主控芯片DSP的A/D转换器转换成数字量，并计算出iC，公式如下：
iC＝-(iA+iB)；
(二)、通过Clarke变换和Park变换将电流iA、iB、iC变换成旋转坐标系中的直流分量isq、isd，isq、isd作为电流环的负反馈量；
(三)、利用直线光栅尺测量电动机的机械位移θm，并将其转换成电角度θe和速度n；其中，电角度θe用于参与Park变换和逆变换的计算；速度n作为速度环的负反馈量；
(四)、给定速度nref与速度反馈量n的偏差经过速度PI调节器，其输出作为用于转矩控制的电流q轴参考分量isqref；
(五)、isqref和isdref与电流反馈量isa、isd的偏差经过电流PI调节器分别输出Odq旋转坐标系的相电压分量Vsqref和Vsdref；
(六)、Vsqref和Vsdref再通过Park逆变换转换式Oαβ直角坐标系的定子相电压矢量的分量Vsaref和Vsbref；
(七)、当定子相电压矢量的分量Vsares、Vsbref和其所在的扇区数已知时，利用电压空间矢量SVPWM技术产生PWM控制信号来控制逆变器。


3.根据权利要求1所述的电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，其特征在于，所述无框电机控制驱动器采用电源变换电路供电，电源变换电路包括母线电压转+5V、12V电源模块以及5V转3.3V电源模块；母线电压通过DC/DC变换芯片变换为+5V、12V电源模块，再用电压转换芯片由5V转3.3V；
其中，3.3V用于主控芯片DSP及其外围电路供电；
+5V用于CAN通讯电路通信及电流采用及处理电路供电；
12V用于驱动电路的供电。


4.根据权利要求3所述的电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，其特征在于，所述电流采用及处理电路采用ACS712电流传感器IC，ACS712电流传感器IC通过霍尔效应，检测电流的大小，输出一个以2.5V为基准的电压值，Vout的电压值通过高精度电阻分压；经过二极管后，进入到主控芯片DSP的AD采集引脚进行AD转换，二极管起到保护作用。


5.根据权利要求1所述的电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，其特征在于，所述无框电机控制驱动器内设有电流保护电路，电流保护电路在伺服电机绕组中的电流峰值超出功率管MOSFET的额定电流时，即达到比较器LM339的设定值时，输出低电平信号Fault信号给故障综合电路，触发产生高电平给三态输出总线接收器，动作输出关断信号，使功率开关关断，从而保护了功率开关管，以免受到损坏。


6.根据权利要求1所述的电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，其特征在于，所述CAN通讯电路采用高速实时总线，给无框电机控制驱动器发出位置、速度给定，控制伺服电机的转动，实现关节的运动功能；具体为：
根据一个关节或多个关节所需要的运动，由上位机根据运动学解算得出关节上各个伺服电机的实时运行速度和位置，实时性要求很高，并将实时数据通过高速实时总线传送给相应的伺服电机。


7.根据权利要求1或6所述的电动方向盘电机驱动控制器的实现方法，其特征在于，所述CAN通讯电路采用TI生产的型号为SN65HVD230作为局域网的接收和发送芯片，SN65HVD230的供电电源为3.3V；
CAN通讯电路采用TVS作为CAN总线保护器，用以保护和容错，使CAN通讯电路中的CAN收发器免受EMI和ESD的影响；
CAN通讯电路中的二极管采用双向配置，防止长电缆系统因共模电压失调而对正常的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘孝威，吴红星，王瑞豪，李中剑，
申请(专利权)人：济南科亚电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37