單片機在汽車駕駛模擬器中的應用

摘要：汽車駕駛模擬器以其環保性、安全性、高效性應用廣泛。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，其可靠性無法保證，且模擬誤差大。提出基于單片機的直流電機控制系統模擬汽車行駛過程中受到的回正力矩。該系統中上位機實時計算出汽車受到的回正力矩，通過串口發送至單片機，單片機通過PWM(脈寬調制)控制直流電機的輸出力矩以達到模擬的目的。經實驗驗證，該系統能較準確模擬汽車受到的回正力矩，使得駕駛模擬器更準確地反映實際情況。
關鍵詞：汽車駕駛模擬器；回正力矩；單片機；直流電機

通過研究汽車轉向系統，建立汽車方向盤回正力矩的數學模型，采用一個直流力矩電機控制系統模擬汽車行駛時方向盤受到的回正力矩。將此系統應用于汽車駕駛仿真器中，電機產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，再駕駛真車進行行駛練習。隨著微電子技術的發展和微機價格下降，本系統將在汽車回正力矩模擬中得到廣泛應用。

1 方向盤回正力矩的計算
車輛運行過程中的各種姿態和運行狀況，參照固定在地面上的右手直角坐標系確定。一般情況下，車輛固定坐標系選擇與操縱的起始點相一致。此坐標系如圖l所示。

圖1中，O為汽車質心；a、b分別為質心到前、后軸的距離；R為汽車轉向半徑。δ為前輪轉向角。回正力矩的計算公式的具體推導過程及各參數的具體含義可參見文獻。

2 控制系統的組成及驅動電路接線
系統以C805l單片機為控制器，采用專用集成驅動器IR2110驅動MOSFET構成H橋驅動電動機，以PWM(脈沖寬度調制)控制電動機輸出力矩，以汽車速度和車輪轉角為輸入量，以電動機實際輸出力矩為反饋量，用PID控制算法實時調整電機輸出力矩。圖2為直流力矩電機控制系統的結構框圖。驅動電路采用2片IR2110驅動4個MOSFET構成H橋驅動電路，通過改變單片機的PWM控制電機的輸出力矩。IR2llO自舉驅動電路如圖3所示。