EPS系統(tǒng)信號(hào)處理方法標(biāo)準(zhǔn)化的研究

李雪瓊

(湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南株洲 412002)

EPS系統(tǒng)信號(hào)處理方法標(biāo)準(zhǔn)化的研究

李雪瓊

(湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南株洲 412002)

通過分析目前EPS系統(tǒng)中信號(hào)處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種利用軟件開發(fā)中面向?qū)ο蟮姆椒▽⑺行盘?hào)的處理方法標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思想；另外，所有與信號(hào)處理相關(guān)的參數(shù)使用配置文件進(jìn)行配置。這種設(shè)計(jì)方式能提高信號(hào)處理及應(yīng)用組件的通用性和可移植性，從而提高EPS系統(tǒng)的開發(fā)效率。

信號(hào)處理；標(biāo)準(zhǔn)化；配置

0 引言

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System， EPS系統(tǒng))的工作原理是：EPS系統(tǒng)的單片機(jī)先根據(jù)扭矩傳感器檢測的扭矩信號(hào)和來自總線的車速信號(hào)計(jì)算電機(jī)的目標(biāo)電流，然后采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電機(jī)之間的實(shí)際電流，根據(jù)目標(biāo)電流和實(shí)際電流進(jìn)行PID控制，得出電機(jī)需要的PWM，然后由單片機(jī)輸出PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供系統(tǒng)轉(zhuǎn)向助力[1-2]。通常，為了使EPS性能更完善或檢測EPS是否發(fā)生故障，會(huì)增加一些其他的傳感器裝置或在電路板上增加一些元器件，以便獲取更多的輸入信號(hào)，如方向盤角度、電機(jī)電壓、扭矩比例微分、溫度等信號(hào)。因此，在整個(gè)EPS系統(tǒng)中，有很多信號(hào)需要進(jìn)行處理。

在目前的EPS系統(tǒng)開發(fā)中，信號(hào)處理方法一般是根據(jù)特定硬件中信號(hào)與端口的連接關(guān)系，將從端口獲取的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，提供給應(yīng)用組件使用。這種信號(hào)處理方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、代碼編寫難度低。但是由于信號(hào)處理方法與硬件直接對(duì)應(yīng)，且這種對(duì)應(yīng)關(guān)系由軟件開發(fā)人員通過自己的大腦轉(zhuǎn)換而來，所以當(dāng)硬件中信號(hào)與端口的連接關(guān)系發(fā)生改變時(shí)，信號(hào)處理代碼通常需要重新修改。另外，由于應(yīng)用組件中使用的信號(hào)值也是與硬件直接對(duì)應(yīng)，所以當(dāng)硬件中數(shù)據(jù)的精度和范圍等發(fā)生改變時(shí)，應(yīng)用組件代碼也需要重新修改。因此，這種信號(hào)處理方法通用性和可移植性極低。

1 信號(hào)處理方法標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

為了提高信號(hào)處理方法的通用性和可移植性，可以利用軟件開發(fā)中面向?qū)ο蟮姆椒▽⑺行盘?hào)的處理方法標(biāo)準(zhǔn)化[3]。

1.1 總體方案

如圖1所示，將EPS系統(tǒng)中的信號(hào)處理從下至上分成3層：硬件中斷程序、信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理、應(yīng)用組件。硬件中斷程序負(fù)責(zé)將從端口獲取的輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)隊(duì)列，以及從數(shù)據(jù)隊(duì)列獲取輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)發(fā)送給端口。信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理負(fù)責(zé)將輸入信號(hào)數(shù)據(jù)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)池，以及將輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為端口數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)隊(duì)列。應(yīng)用組件負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)池中獲取標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行EPS控制、故障診斷等，以及將計(jì)算的電機(jī)PWM結(jié)果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)池。

1.2 硬件中斷程序設(shè)計(jì)

硬件中斷程序中輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)類型主要有2種：一種是通過ADC采集的數(shù)據(jù)；另一種是PWM信號(hào)數(shù)據(jù)。對(duì)于ADC采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)隊(duì)列中直接存儲(chǔ)數(shù)值即可。而PWM信號(hào)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)隊(duì)列中需同時(shí)存儲(chǔ)從高電平跳變到低電平和從低電平跳變到高電平的一對(duì)tick值，這樣，信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理根據(jù)這2個(gè)tick值才能計(jì)算出對(duì)應(yīng)的占空比和頻率。由此可見，數(shù)據(jù)隊(duì)列中存儲(chǔ)的都是通用數(shù)據(jù)，和數(shù)據(jù)代表的具體含義無關(guān)。這種設(shè)計(jì)方式可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)和信號(hào)與端口的連接關(guān)系之間的解耦，提高了硬件中斷程序的通用性和可移植性，為提高整個(gè)EPS系統(tǒng)信號(hào)處理的通用性和可移植性打下了良好的基礎(chǔ)。

1.3 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理設(shè)計(jì)

信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理中提供了端口數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)與物理數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通用接口，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)具體含義的解析，并將輸入信號(hào)數(shù)據(jù)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)池中。當(dāng)數(shù)據(jù)為無符號(hào)類型時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的取值范圍為0～213；當(dāng)數(shù)據(jù)為有符號(hào)類型時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的取值范圍為-213～213。在數(shù)據(jù)處理過程中，對(duì)信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行了判斷和記錄，包括信號(hào)正常、信號(hào)丟失、信號(hào)計(jì)算溢出、信號(hào)數(shù)值不在有效范圍內(nèi)等，這些信號(hào)狀態(tài)在應(yīng)用組件中可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)故障診斷、功能安全等功能。將端口數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，可以使應(yīng)用組件中使用的信號(hào)數(shù)據(jù)都標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用組件信號(hào)數(shù)據(jù)和硬件底層之間的解耦，提高了應(yīng)用組件的通用性和可移植性。

2 配置文件設(shè)計(jì)

2.1 硬件中斷程序與信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理之間的配置文件

信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理從輸入信號(hào)數(shù)據(jù)隊(duì)列中獲取數(shù)據(jù)后，需要根據(jù)該配置文件來解析信號(hào)的具體含義。

該配置文件描述了硬件中信號(hào)和端口的連接關(guān)系以及端口的初始狀態(tài)。主要包括5個(gè)參數(shù)：信號(hào)ID、端口組類型、端口組的位類型、端口上下拉類型和端口初始化狀態(tài)時(shí)的電平類型。EPS系統(tǒng)中每個(gè)信號(hào)的ID都是唯一的，端口組類型有AD類型和定時(shí)器類型2種，如果AD為16位，則需要將AD分為高8位和低8位2個(gè)組，每組端口都包含0～7等8個(gè)位。

2.2 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理與應(yīng)用組件之間的配置文件

信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理需要根據(jù)該配置文件來進(jìn)行端口數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)與物理數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

該配置文件描述了信號(hào)的端口數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和物理數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。主要包括2類參數(shù)：一類是與硬件相關(guān)的特定參數(shù)，對(duì)于不同的硬件，特定參數(shù)的值可能需要重新配置，包括端口數(shù)據(jù)最小值、最大值和偏移值；另一類是通用參數(shù)，對(duì)于不同的硬件，通用參數(shù)的值都應(yīng)該保持一致，包括物理數(shù)據(jù)最小值、最大值、偏移值及標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)最小值、最大值和分辨率。根據(jù)這2類參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)端口數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)與物理數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

3 總結(jié)

這種將信號(hào)處理方法標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方式提高了整個(gè)EPS系統(tǒng)信號(hào)處理和應(yīng)用組件的通用性和可移植性，可以大大提高EPS系統(tǒng)的開發(fā)效率。

【1】孟濬,王華強(qiáng).車用無接觸式扭矩傳感器的信號(hào)采集與處理[J].控制工程,2012,19(2):339-342.

【2】林逸,申榮衛(wèi),施國標(biāo).純電動(dòng)客車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器開發(fā)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,27(4):310-313.

【3】FOWLER M.重構(gòu):改善既有代碼的設(shè)計(jì)[M].熊節(jié),譯.北京:人民郵電出版社,2010.

Research on Standardization of Signal Processing Method for EPS System

LI Xueqiong
(Hunan Railway Professional Technology College, Zhuzhou Hunan 412002,China)

By analyzing the advantages and disadvantages of the signal processing method in EPS system at present, a design idea for signal processing standardization based on the object-oriented method in software development was proposed. In addition, all the parameters related to signal processing were matched with the configuration file. This design idea can improve the commonality and portability of signal processing and application component, so as to improve the development efficiency of EPS system.

Signal processing; Standardization; Configuration

2016-04-13

李雪瓊(1985—)，女，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)檐浖碚撆c應(yīng)用、汽車EPS系統(tǒng)軟件研發(fā)。E-mail:444344996@qq.com。

U463.4

B

1674-1986(2016)06-064-02