單片機(jī)在汽車駕駛模擬器中的應(yīng)用

摘要：汽車駕駛模擬器以其環(huán)保性、安全性、高效性應(yīng)用廣泛。但以往的汽車駕駛仿真器是以特性彈簧等作為回正力矩的生成元件，其可靠性無(wú)法保證，且模擬誤差大。提出基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)模擬汽車行駛過(guò)程中受到的回正力矩。該系統(tǒng)中上位機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出汽車受到的回正力矩，通過(guò)串口發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)PWM(脈寬調(diào)制)控制直流電機(jī)的輸出力矩以達(dá)到模擬的目的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)能較準(zhǔn)確模擬汽車受到的回正力矩，使得駕駛模擬器更準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況。
關(guān)鍵詞：汽車駕駛模擬器；回正力矩；單片機(jī)；直流電機(jī)

通過(guò)研究汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，建立汽車方向盤(pán)回正力矩的數(shù)學(xué)模型，采用一個(gè)直流力矩電機(jī)控制系統(tǒng)模擬汽車行駛時(shí)方向盤(pán)受到的回正力矩。將此系統(tǒng)應(yīng)用于汽車駕駛仿真器中，電機(jī)產(chǎn)生的效果與駕駛真車行駛的狀況相似，駕駛員可在汽車駕駛仿真器上熟練掌握操作程序后，再駕駛真車進(jìn)行行駛練習(xí)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和微機(jī)價(jià)格下降，本系統(tǒng)將在汽車回正力矩模擬中得到廣泛應(yīng)用。

1 方向盤(pán)回正力矩的計(jì)算
車輛運(yùn)行過(guò)程中的各種姿態(tài)和運(yùn)行狀況，參照固定在地面上的右手直角坐標(biāo)系確定。一般情況下，車輛固定坐標(biāo)系選擇與操縱的起始點(diǎn)相一致。此坐標(biāo)系如圖l所示。

圖1中，O為汽車質(zhì)心；a、b分別為質(zhì)心到前、后軸的距離；R為汽車轉(zhuǎn)向半徑。δ為前輪轉(zhuǎn)向角?；卣氐挠?jì)算公式的具體推導(dǎo)過(guò)程及各參數(shù)的具體含義可參見(jiàn)文獻(xiàn)。

2 控制系統(tǒng)的組成及驅(qū)動(dòng)電路接線
系統(tǒng)以C805l單片機(jī)為控制器，采用專用集成驅(qū)動(dòng)器IR2110驅(qū)動(dòng)MOSFET構(gòu)成H橋驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制電動(dòng)機(jī)輸出力矩，以汽車速度和車輪轉(zhuǎn)角為輸入量，以電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出力矩為反饋量，用PID控制算法實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)輸出力矩。圖2為直流力矩電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。驅(qū)動(dòng)電路采用2片IR2110驅(qū)動(dòng)4個(gè)MOSFET構(gòu)成H橋驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)改變單片機(jī)的PWM控制電機(jī)的輸出力矩。IR2llO自舉驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。