4 信号采集硬件电路设计
4.1 车速信号调理电路
多轴转向控制系统需要实时检测车速值,车速值的检测是由霍尔车速传感器将变速器输出轴的转速变换成不同频率的序列脉冲,单片机对脉冲序列进行计数,转换成当前的车速值。一般传感器产生的脉冲信号比较微弱,要通过放大电路处理成TTL 或CMOS信号输入单片机,但是车用传感器内部大都有信号处理电路,输出电压为车用电压范围,须调整后才能输入到单片机中。此外,从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用,可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。根据以上原理设计的车速信号调理电路如图3。

4.2 前轮转角信号调理电路
根据旋转编码器的工作原理,当方向盘转角发生变化时光电编码器便会发出A、B 两路相位差90°的数字脉冲信号。正转时A 超前B 为90°,反转时B 超前A 为90°。脉冲的个数与角度值成比例的关系,所以通过对脉冲的计数就可以得到方向盘转角的大小。考虑到汽车方向盘转动是双向的,既可顺时针旋转,也可逆时针旋转,需要对编码器的输出信号进行鉴相后才能计数。

我们可以把经过D 触发器之后的脉冲即方向控制脉冲(DIR)接到单片机的外部中断INT0 端,经过反向器后再接到另一个外部中断INT1,并把计数脉冲A 接到单片机的片内计数器T0 端即可。相对外部计数芯片来说,使用这种方法时电路相对要简单得多。系统工作时,先要把两个中断设置成低电平触发,并打开相应的中断。当DIR 高电平时,表示方向盘顺时针旋转,INT1 中断,执行相应的中断程序,进行加计数;而当DIR 低电平时,表示方向盘逆时针旋转,INT0 中断,执行相应的中断程序,进行减计数(实际是重赋值,进行加计数)。图4 为内部计数器加减计数的硬件结构示意图。
 
4. 3 液压缸位移信号调理电路
电控系统中需要时刻检测后轮转角的当前值,与目标转角值比较,得出偏差e( t),生成PWM 信号,直到偏差e (t)在允许范围内。后轮转角的测量是通过测量液压缸的位移值间接得到。位移信号属于模拟信号,P89C52 单片机中没有A/D 转换模块,需外接A/D 转换电路。采用8 位的AD678 来完成。AD678 的优点在于它的模拟信号输入的极性非常容易控制,且引脚连接简便。
4.4 驱动执行硬件电路设计
4.4.1 比例电磁阀驱动电路
通常单片机输出的开关电压信号最大值为 5V,且根据MCS-51 系列芯片输出的电气性能可知,其输出电流不宜超过15mA,不足以驱动比例阀的电磁铁。故必须要有一个驱动功率放大器,把开关电压信号加以放大,使在电磁线圈中产生足够的激磁电流。对于比例方向阀,为了加快电磁线圈的电流响应速度,必须采用快速驱动电路,即电流的增长和消退都非常迅速的电路。本文采用如图7 所示的VMOS 功率场效应管为主构成功率放大器电路原理图。该电路驱动功率大,响应时间在毫秒级,单片机与功率级之间隔离良好。在电路图5 中,输入部分和输出部分采用两套相互独力的电源,且不共地,没有电气联系,从而实现了电气隔离。

4.5 其它外围电路设计
4.5.1 电源电路
电源模块是将车载电源通过 DC/DC 变换转换成控制系统所需要的电压,车载电源为12V或24V,单片机系统工作电压为5V。DC/DC 转换器种类繁多,本系统采用78L00 系列的78L05进行降压。78L00 系列DC/DC 转换器电路简单实用,只需要另加两个电容就可以构成转换电路。78L05 的输入范围为7V-24V,输出电压为5V。
4.5.2 复位电路
在一般的计算机系统中,为防止系统在加电、电源突然掉电以及电网瞬时欠压而引起误动作,需要有可靠的复位电路和电源监视电路。
本文作者创新点
本文针对多轴转向系统实时多任务特性,提出了基于CAN 总线的多轴转向技术,以确保车辆在转向状态下的安全稳定性及后桥转向的快速跟随特性;论文设计了包括主控模块和控制执行模块在内的多轴转向电控单元。