EPS系统信号处理方法标准化的研究

李雪琼

(湖南铁道职业技术学院，湖南株洲 412002)

EPS系统信号处理方法标准化的研究

李雪琼

(湖南铁道职业技术学院，湖南株洲 412002)

通过分析目前EPS系统中信号处理方法的优缺点，提出一种利用软件开发中面向对象的方法将所有信号的处理方法标准化的设计思想；另外，所有与信号处理相关的参数使用配置文件进行配置。这种设计方式能提高信号处理及应用组件的通用性和可移植性，从而提高EPS系统的开发效率。

信号处理；标准化；配置

0 引言

电动助力转向系统(Electric Power Steering System， EPS系统)的工作原理是：EPS系统的单片机先根据扭矩传感器检测的扭矩信号和来自总线的车速信号计算电机的目标电流，然后采集电机驱动电路和电机之间的实际电流，根据目标电流和实际电流进行PID控制，得出电机需要的PWM，然后由单片机输出PWM信号驱动电机提供系统转向助力[1-2]。通常，为了使EPS性能更完善或检测EPS是否发生故障，会增加一些其他的传感器装置或在电路板上增加一些元器件，以便获取更多的输入信号，如方向盘角度、电机电压、扭矩比例微分、温度等信号。因此，在整个EPS系统中，有很多信号需要进行处理。

在目前的EPS系统开发中，信号处理方法一般是根据特定硬件中信号与端口的连接关系，将从端口获取的数据直接转化为对应的信号值，提供给应用组件使用。这种信号处理方法的优点是简单、代码编写难度低。但是由于信号处理方法与硬件直接对应，且这种对应关系由软件开发人员通过自己的大脑转换而来，所以当硬件中信号与端口的连接关系发生改变时，信号处理代码通常需要重新修改。另外，由于应用组件中使用的信号值也是与硬件直接对应，所以当硬件中数据的精度和范围等发生改变时，应用组件代码也需要重新修改。因此，这种信号处理方法通用性和可移植性极低。

1 信号处理方法标准化设计

为了提高信号处理方法的通用性和可移植性，可以利用软件开发中面向对象的方法将所有信号的处理方法标准化[3]。

1.1 总体方案

如图1所示，将EPS系统中的信号处理从下至上分成3层：硬件中断程序、信号标准化处理、应用组件。硬件中断程序负责将从端口获取的输入信号的数据发送给数据队列，以及从数据队列获取输出信号的数据发送给端口。信号标准化处理负责将输入信号数据队列中的数据转化为标准化数据并存储到数据池，以及将输出信号的标准化数据转化为端口数据发送到数据队列。应用组件负责从数据池中获取标准化数据进行EPS控制、故障诊断等，以及将计算的电机PWM结果转化为标准化数据存入数据池。

1.2 硬件中断程序设计

硬件中断程序中输入信号的数据类型主要有2种：一种是通过ADC采集的数据；另一种是PWM信号数据。对于ADC采集的数据，数据队列中直接存储数值即可。而PWM信号数据在数据队列中需同时存储从高电平跳变到低电平和从低电平跳变到高电平的一对tick值，这样，信号标准化处理根据这2个tick值才能计算出对应的占空比和频率。由此可见，数据队列中存储的都是通用数据，和数据代表的具体含义无关。这种设计方式可以实现信号数据和信号与端口的连接关系之间的解耦，提高了硬件中断程序的通用性和可移植性，为提高整个EPS系统信号处理的通用性和可移植性打下了良好的基础。

1.3 信号标准化处理设计

信号标准化处理中提供了端口数据与标准化数据和标准化数据与物理数据之间的数据转换通用接口，实现了信号具体含义的解析，并将输入信号数据队列中的数据转化为标准化数据存储到数据池中。当数据为无符号类型时，标准化数据的取值范围为0～213；当数据为有符号类型时，标准化数据的取值范围为-213～213。在数据处理过程中，对信号的状态进行了判断和记录，包括信号正常、信号丢失、信号计算溢出、信号数值不在有效范围内等，这些信号状态在应用组件中可以协助实现故障诊断、功能安全等功能。将端口数据都转化为标准化数据，可以使应用组件中使用的信号数据都标准化，实现了应用组件信号数据和硬件底层之间的解耦，提高了应用组件的通用性和可移植性。

2 配置文件设计

2.1 硬件中断程序与信号标准化处理之间的配置文件

信号标准化处理从输入信号数据队列中获取数据后，需要根据该配置文件来解析信号的具体含义。

该配置文件描述了硬件中信号和端口的连接关系以及端口的初始状态。主要包括5个参数：信号ID、端口组类型、端口组的位类型、端口上下拉类型和端口初始化状态时的电平类型。EPS系统中每个信号的ID都是唯一的，端口组类型有AD类型和定时器类型2种，如果AD为16位，则需要将AD分为高8位和低8位2个组，每组端口都包含0～7等8个位。

2.2 信号标准化处理与应用组件之间的配置文件

信号标准化处理需要根据该配置文件来进行端口数据与标准化数据和标准化数据与物理数据之间的数据转换。

该配置文件描述了信号的端口数据、标准化数据和物理数据之间的对应关系。主要包括2类参数：一类是与硬件相关的特定参数，对于不同的硬件，特定参数的值可能需要重新配置，包括端口数据最小值、最大值和偏移值；另一类是通用参数，对于不同的硬件，通用参数的值都应该保持一致，包括物理数据最小值、最大值、偏移值及标准化数据最小值、最大值和分辨率。根据这2类参数，即可实现端口数据与标准化数据和标准化数据与物理数据之间的数据转换。

3 总结

这种将信号处理方法标准化的设计方式提高了整个EPS系统信号处理和应用组件的通用性和可移植性，可以大大提高EPS系统的开发效率。

【1】孟濬,王华强.车用无接触式扭矩传感器的信号采集与处理[J].控制工程,2012,19(2):339-342.

【2】林逸,申荣卫,施国标.纯电动客车电动助力转向系统控制器开发[J].江苏大学学报:自然科学版,2006,27(4):310-313.

【3】FOWLER M.重构:改善既有代码的设计[M].熊节,译.北京:人民邮电出版社,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

李雪琼(1985—)，女，硕士研究生，工程师，研究方向为软件理论与应用、汽车EPS系统软件研发。E-mail:444344996@qq.com。

U463.4

B

1674-1986(2016)06-064-02