新能源客车双源转向系统设计及控制实现

林立成

摘 要：资源节约型和环境友好型社会的建设，促使了新能源汽车的发展和兴起。新能源汽车已经成为当下社会各界关注和热点之一。为了达到客车转向动力系统更为安全，本文提出了一种新能源客车双源转向系统。首先进行了转向系统的概念及原理的概述，进而对其转向系统进行设计及控制实现进行论述。

关键词：新能源;双源转向;助力;控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.100

1 转向系统概述

汽车在行进过程中，常常需要对方向进行控制。为了实现这个功能，汽车都配置了相应的控制部件，驾驶员就能够利用该部件，对转向桥上的车轮进行控制，进而对汽车的方向进行有效的控制。实际上，当汽车在以直线的方式行进时，由于可能会出现侧向上的干扰力，进而影响其行进方向。而为了保障汽车依然沿着原定的直线轨道行进，驾驶员就可以借助于该控制机构，对汽车的行进方向进行控制。

2 电动液压助力转向系统原理

驾驶员在驾驶汽车过程中，希望驾驶员能够用最小的操舵力对方向进行稳定的控制，汽车行进速度的高低与其所需的操舵力呈正相关的关系。传统液压助力系统，很难同时滿足这两种状态的方向稳定控制，为了兼顾这两种需求，引入了电动液压助力转向系统。这种系统就是在传统液压系统中，增设一套电子控制部件，由此结合车速动态调整操舵力，实现操舵力和方向稳定性的兼顾。

3 双源转向系统的设计

3.1 双源转向系统的架构设计

双源转向系统采购高压直流输出源和低压直流输源同时接入转向电机控制器，其中高压供电源为车载高压储能单元，低压供电源为车载24V蓄电池。转向驱动系统由转向电机控制器和转向油泵组成。低压蓄电池输出单元通过车载双向DCDC与转向电机制控制器相连，高压储能输出单元通过动力线与转向电机控制器连接。

为了有效监测双源电压信号，高压储能输出单元和低压蓄电池分别通过电压输出反馈信号接入到双源电压监测控制器，由双源电源检测控制器对两者输出电压进行监测比较后再输出控制信号给车载双向DCDC实现DCDC升压启停控制。

3.2 车载双向DCDC装置

车载双向DCDC模块，高压侧电压范围为350VDC-750VDC，低压侧电压为27.5VDC;顺流降压模式的连续输出功率为3KW，最高效率为95%，逆流升压模式的最大输出功率为5KW。该双向DC-DC变换器高压侧具有过压、欠压保护以及反接保护等功能。

当高压侧电压突然下降时车载控制系统（本文指双源电压检测控制器）可以通过使能信号使能双向DCDC模块升压工作，实现快速响应保证高压转向电机控制器不间断供电，确保车辆安全停靠。

3.3 双源转向系统的电路设计

（1）主控制器设计。根据功能需要，双源转向系统控制模主芯片采用的是意法半导体（ST）公司的STM32103系列32位MCU，型号为：STM32F103RE。该芯片具有64K闪存、20K RAM、4个定时器、2路SPI通信、3路USART通信接口、1路CAN通信、51个IO、2个12位同步ADC。主频工作频率为72MHz。主芯片主要电路设计如图1。

（2）电源设计。汽车的低压电源指的是铅酸蓄电池，客车一般为24V。主MCU和高压采样AD芯片及外围电路为3.3V供电，因此需要一路隔离的3.3V稳压电源，并有一定的输出功率和耐压的要求。

本文采用TI公司的LM2576HVS-3.3开关型降压稳压器，LM2576系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压器的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。

（3）电压采样设计。根据设计需要，双源转向系统双源电源检测模块需要监测高压储能单元的电压以及24V低压蓄电池的电压，本文针对高压采样电路采用AD芯片加SPI隔离通信芯片达到电气隔离目的。

本文采用ADS1118采样芯片，高压储能单元的输入电压通过分压电阻：R3 （1M/0.1%）、R4（1M/0.1%）、R5（1M/0.1%）、R6（1M/0.1%）、R8（10K/0.1%）分压后R8前后端电压分压系数为：

R8前后端实际电压为：V8，高压储能输入电压为：Vh。按上述计算分压系数，计算高压储能单元输入电压值Vh = V8/i，例如V8输入模拟量AD值转换成电压值为1.436V，则Vh = 1.436/2.49376e-3 = 575.8V。

低压24V采样电路采用电阻分压方式分压VCC输入电压，分压电阻两端电压模拟信号直接接入主芯片AD采样通道进行AD采样计算对应的分压值，再乘以电阻分压系数从而得到VCC输入电压值。

（4）输出使能控制设计。根据设计需要，双源转向系统双源电源检测模块实时监测高压储能单元的电压以及24V低压蓄电池的电压，当判断高压储能单元电压突然消失时及时输出DCDC升压模块使能控制信号，使能双向DCDC逆向升压工作输出高电压给转向电机控制器供电，确保转向电机正常工作。本文针对双向DCDC逆向使能控制信号由主芯片IO输出高电平控制信号通过TLP181光耦实现隔离输出高电平，使能DCDC升压工作。

4 双源转向系统的控制实现

双源转向系统控制实现是通过结合双源电压检测模块实时监测高压储能单元电压及低压蓄电池电压，通过扑捉高压储能单元电压骤降信号由主芯片IO输出双向DCDC逆向升压的使能控制信号使能双向DCDC逆向升压工作，保障高压储能单元电压丢失后系统正常运转实现转向系统双源保障目的。

4.1 主要控制代码实现

系统初始化：

5 结语

本文重点论述了新能源客车的双源电动液压助力转向系统设计及控制实现，阐述了现有新能源客车转向系统特点及潜在的单一供电电源失效造成的安全风险。首先对这种驱动系统的构成和实现机制进行了系统设计，随后对双电压源的监测原理和实现电路进行设计，最后通过嵌入式软件算法实现在高压源丢失的情况下通过输出使能控制信号使能车载双向DCDC逆向升压工作，实现在高压源丢失的情况下保证转向系统继续供电进而提升了新能源客车转向系统的安全等级。