EPS系統信號處理方法標準化的研究

李雪瓊

(湖南鐵道職業技術學院，湖南株洲 412002)

EPS系統信號處理方法標準化的研究

李雪瓊

(湖南鐵道職業技術學院，湖南株洲 412002)

通過分析目前EPS系統中信號處理方法的優缺點，提出一種利用軟件開發中面向對象的方法將所有信號的處理方法標準化的設計思想；另外，所有與信號處理相關的參數使用配置文件進行配置。這種設計方式能提高信號處理及應用組件的通用性和可移植性，從而提高EPS系統的開發效率。

信號處理；標準化；配置

0 引言

電動助力轉向系統(Electric Power Steering System， EPS系統)的工作原理是：EPS系統的單片機先根據扭矩傳感器檢測的扭矩信號和來自總線的車速信號計算電機的目標電流，然后采集電機驅動電路和電機之間的實際電流，根據目標電流和實際電流進行PID控制，得出電機需要的PWM，然后由單片機輸出PWM信號驅動電機提供系統轉向助力[1-2]。通常，為了使EPS性能更完善或檢測EPS是否發生故障，會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，如方向盤角度、電機電壓、扭矩比例微分、溫度等信號。因此，在整個EPS系統中，有很多信號需要進行處理。

在目前的EPS系統開發中，信號處理方法一般是根據特定硬件中信號與端口的連接關系，將從端口獲取的數據直接轉化為對應的信號值，提供給應用組件使用。這種信號處理方法的優點是簡單、代碼編寫難度低。但是由于信號處理方法與硬件直接對應，且這種對應關系由軟件開發人員通過自己的大腦轉換而來，所以當硬件中信號與端口的連接關系發生改變時，信號處理代碼通常需要重新修改。另外，由于應用組件中使用的信號值也是與硬件直接對應，所以當硬件中數據的精度和范圍等發生改變時，應用組件代碼也需要重新修改。因此，這種信號處理方法通用性和可移植性極低。

1 信號處理方法標準化設計

為了提高信號處理方法的通用性和可移植性，可以利用軟件開發中面向對象的方法將所有信號的處理方法標準化[3]。

1.1 總體方案

如圖1所示，將EPS系統中的信號處理從下至上分成3層：硬件中斷程序、信號標準化處理、應用組件。硬件中斷程序負責將從端口獲取的輸入信號的數據發送給數據隊列，以及從數據隊列獲取輸出信號的數據發送給端口。信號標準化處理負責將輸入信號數據隊列中的數據轉化為標準化數據并存儲到數據池，以及將輸出信號的標準化數據轉化為端口數據發送到數據隊列。應用組件負責從數據池中獲取標準化數據進行EPS控制、故障診斷等，以及將計算的電機PWM結果轉化為標準化數據存入數據池。

1.2 硬件中斷程序設計

硬件中斷程序中輸入信號的數據類型主要有2種：一種是通過ADC采集的數據；另一種是PWM信號數據。對于ADC采集的數據，數據隊列中直接存儲數值即可。而PWM信號數據在數據隊列中需同時存儲從高電平跳變到低電平和從低電平跳變到高電平的一對tick值，這樣，信號標準化處理根據這2個tick值才能計算出對應的占空比和頻率。由此可見，數據隊列中存儲的都是通用數據，和數據代表的具體含義無關。這種設計方式可以實現信號數據和信號與端口的連接關系之間的解耦，提高了硬件中斷程序的通用性和可移植性，為提高整個EPS系統信號處理的通用性和可移植性打下了良好的基礎。

1.3 信號標準化處理設計

信號標準化處理中提供了端口數據與標準化數據和標準化數據與物理數據之間的數據轉換通用接口，實現了信號具體含義的解析，并將輸入信號數據隊列中的數據轉化為標準化數據存儲到數據池中。當數據為無符號類型時，標準化數據的取值范圍為0～213；當數據為有符號類型時，標準化數據的取值范圍為-213～213。在數據處理過程中，對信號的狀態進行了判斷和記錄，包括信號正常、信號丟失、信號計算溢出、信號數值不在有效范圍內等，這些信號狀態在應用組件中可以協助實現故障診斷、功能安全等功能。將端口數據都轉化為標準化數據，可以使應用組件中使用的信號數據都標準化，實現了應用組件信號數據和硬件底層之間的解耦，提高了應用組件的通用性和可移植性。

2 配置文件設計

2.1 硬件中斷程序與信號標準化處理之間的配置文件

信號標準化處理從輸入信號數據隊列中獲取數據后，需要根據該配置文件來解析信號的具體含義。

該配置文件描述了硬件中信號和端口的連接關系以及端口的初始狀態。主要包括5個參數：信號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時的電平類型。EPS系統中每個信號的ID都是唯一的，端口組類型有AD類型和定時器類型2種，如果AD為16位，則需要將AD分為高8位和低8位2個組，每組端口都包含0～7等8個位。

2.2 信號標準化處理與應用組件之間的配置文件

信號標準化處理需要根據該配置文件來進行端口數據與標準化數據和標準化數據與物理數據之間的數據轉換。

該配置文件描述了信號的端口數據、標準化數據和物理數據之間的對應關系。主要包括2類參數：一類是與硬件相關的特定參數，對于不同的硬件，特定參數的值可能需要重新配置，包括端口數據最小值、最大值和偏移值；另一類是通用參數，對于不同的硬件，通用參數的值都應該保持一致，包括物理數據最小值、最大值、偏移值及標準化數據最小值、最大值和分辨率。根據這2類參數，即可實現端口數據與標準化數據和標準化數據與物理數據之間的數據轉換。

3 總結

這種將信號處理方法標準化的設計方式提高了整個EPS系統信號處理和應用組件的通用性和可移植性，可以大大提高EPS系統的開發效率。

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

【2】林逸,申榮衛,施國標.純電動客車電動助力轉向系統控制器開發[J].江蘇大學學報:自然科學版,2006,27(4):310-313.

【3】FOWLER M.重構:改善既有代碼的設計[M].熊節,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，研究方向為軟件理論與應用、汽車EPS系統軟件研發。E-mail:444344996@qq.com。

U463.4

B

1674-1986(2016)06-064-02