隨著車輛無人駕駛技術的蓬勃發展和先進控制系統的研制，人們對舵機整體工作性能的要求越來越高，促使了舵機向著體積質量不斷減小、承載能力不斷增強、控制性能不斷提高的方向發展。
舵機是車輛無人駕駛方向盤控制系統的重要執行機構，其性能的優劣直接影響到車輛控制系統的動態品質，由于舵機具有簡單可靠、工藝性好、使用維護方便、能源單一、成本低廉、易于控制等優勢受到了廣泛關注和深入研究，廣泛應用于車輛控制系統領域。
目前市場應用的自動駕駛方向盤都是采用液壓原理來驅動轉向液壓泵，實現車輪的轉動，液壓方案安裝會改動整個車輛的液壓油路，更改原車的結構，對后期車輛售后保修造成很大困難，并且安裝非常麻煩，應市場需求，出現了電動方向盤，車載原裝電瓶供電，無需改變原車結構，只需方向盤下方安裝個驅動電機即可，但是如何通過驅動電機運轉控制電動方向盤的高精度動作，進而實現自動駕駛是目前亟待解決的技術問題。
本文介紹一種電動方向盤電機驅動控制器的實現方法，來解決如何通過驅動電機運轉控制電動方向盤的高精度動作，進而實現自動駕駛的問題。
該方法是主控芯片DSP通過數字通訊總線向電動方向盤電機控制驅動器發送指令，電動方向盤電機控制驅動器中的控制電路接收到該指令，并根據當前永磁同步電機的電流、速度及位置信息采用永磁同步電機磁場定向矢量控制系統計算永磁同步電機三相電壓，再通過PWM信號輸出。
電動方向盤電機控制驅動器中的柵極驅動電源為驅動電路供電，驅動電路將PWM信號放大，用以驅動電動方向盤電機控制驅動器中的功率管MOSFET，實現低噪音、高效率能量轉換。
圖1 永磁同步電機控制驅動器的示意圖
如附圖1所示，本發明的電動方向盤電機驅動控制器的實現方法，該方法是主控芯片DSP通過數字通訊總線向電動方向盤電機控制驅動器發送指令，電動方向盤電機控制驅動器中的控制電路接收到該指令，并根據當前永磁同步電機的電流、速度及位置信息采用永磁同步電機磁場定向矢量控制系統計算永磁同步電機三相電壓，再通過PWM信號輸出，電動方向盤電機控制驅動器中的柵極驅動電源為驅動電路供電，驅動電路將PWM信號放大，用以驅動電動方向盤電機控制驅動器中的功率管MOSFET，實現低噪音、高效率能量轉換，其中，電動方向盤電機控制驅動器(MCU)通過CAN通訊電路與運動控制器進行數據傳輸，電池組為電動方向盤電機控制驅動器供電。 ?
圖2 電源變換原理框圖
電動方向盤電機控制驅動器采用電源變換電路供電，電源變換電路包括母線電壓轉+5V、12V電源模塊以及5V轉3 .3V電源模塊，母線電壓通過DC/DC變換芯片變換為+5V、12V電源模塊，再用電壓轉換芯片由5V轉3 .3V，如附圖2所示，其中，3 .3V用于主控芯片DSP及其外圍電路供電，+5V用于CAN通訊電路通信及電流采用及處理電路供電，12V用于驅動電路的供電。
電流采用及處理電路采用ACS712（或***CH701)電流傳感器IC，ACS712(或CH701）電流傳感器IC是工業、商業和通信系統交直流傳感的精確經濟的解決方案，小型封裝非常適合空間狹小的應用，由于減少了電路板的面積，還降低了成本，典型應用領域包括電動機控制、載荷檢測和管理、開關式電源和過電流故障保護。
圖3?霍爾電流傳感器內部結構
霍爾電流傳感器IC通過霍爾效應，檢測電流的大小，輸出一個以2 .5V為基準的電壓值，Vout的電壓值通過高精度電阻分壓。經過二極管后，進入到主控芯片DSP的AD采集引腳進行AD轉換，二極管起到保護作用。
本例中的電動方向盤電機控制驅動器內設有電流保護電路，電流保護就是過流保護，防止電流過大損壞元件而設計的，實現電路如圖5所示，電流保護電路在永磁同步電機繞組中的電流峰值超出功率管MOSFET的額定電流時，即達到比較器LM339的設定值時，輸出低電平信號Fault信號給故障綜合電路，觸發產生高電平給三態輸出總線接收器，動作輸出關斷信號，使功率開關關斷，從而保護了功率開關管，以免功率器件受到損壞。
圖5 電流保護電路原理圖 ? 本例中的主控芯片DSP初始化包括機器頻率、功能模塊使能、看門狗設置等等，清除功率保護錯誤是由于硬件設計有欠壓等保護，保護信號產生硬件中斷并使相應PWM輸出引腳置為高阻態，所以程序運行前應先清除功率保護錯誤信號，測量偏差電流是為了計算出測量電流的真實值，因為系統采用的A/D轉換器是單極的，但是實測的電流轉換信號是有符號的，所以在硬件部份由相關電路將有符號電流值轉換成無符號電流值，在程序里面又需將無符號值變換成有符號的定子電流輸出值，這就需要測量偏差電流，即要得到零電流時候的A/D采樣值，再將每次A/D采樣值減去偏差電流A/D采樣值，便可得到有符號的真實電流值. ? 本例中提到的CH701芯片是意瑞半導體（上海）有限公司推出隔離集成式電流傳感器芯片
CH701產品特點：
1.0.8 mohm初級導體電阻，用于低功率損耗和高浪涌電流耐受能力
2.集成屏蔽實際上消除了從電流導體到芯片的電容耦合，極大地抑制了由于高dv/dt瞬態而產生的輸出噪聲
3.行業領先的噪聲性能，通過專有的放大器和濾波器設計技術大大提高了帶寬
4.高帶寬120kHz模擬輸出，在控制應用中響應時間更快
5.過濾器引腳允許用戶在較低的帶寬下過濾輸出以提高分辨率
6.集成數字溫度補償電路允許在開環傳感器中實現近閉環精度
7.適用于空間受限應用的小尺寸、低剖面SOIC8封裝
8.濾波器引腳簡化了帶寬限制，在較低的頻率下獲得更好的分辨率
9.單電源運行
10.輸出電壓與交流或直流電流成比例
11.工廠微調靈敏度和靜態輸出電壓
12.提高精確度
13.斬波器穩定導致極穩定的靜態輸出電壓
14.近零磁滯
15.電源電壓輸出比率
產品應用：
電機控制；
負荷檢測與管理；
開關電源；
過電流故障保護；
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審核編輯：劉清