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基于MSC1210的汽车电动助力转向控制系统研究与开发

作　者: 宋晓华
导　师: 李伟
学　校: 重庆交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 电动助力转向电控单元离散增量PD控制
分类号: U463.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

汽车电动助力转向系统技术近几年一直是国内汽车界研究的热门课题。汽车电动助力转向系统(EPS)是一项电控ECU单元根据车速传感器和扭矩传感器采集到的车速信号和扭矩信号控制助力电机的助力电流大小,并且通过电流传感器采集助力电机的实际电流,反馈到控制系统的输入端,控制系统的实际控制对象是电流的变化量,这样可以使控制系统很好地跟踪助力电机的响应电流,EPS系统具有很好的实时性和可靠性。本文在分析了电动助力转向系统国内外研究现状和发展趋势的基础上,对电动助力转向系统的工作原理进行了深入的研究,研究开发了ECU系统的硬件电路和相应的软件代码,并且进行了EPS系统的台架试验。论文主要包含以下几个方面的工作:首先,介绍了ECU单元的开发工具以及控制对象模型的建立。本文所选的单片机是MSC1210Y3,介绍了此单片机的性能及使用方法,介绍了硬件开发工具PROTEUS,软件开发工具KEIL51。对控制对象模型的建立进行了分析。其次,在充分考虑电动助力转向系统控制的可靠性、实时性的基础上,研究开发了以MSC1210Y3为核心的控制单元。通过电子控制单元的硬件设计,实现了对直流电动机的驱动控制、对各种传感器信号的采集和处理。通过单片机产生可变占空比的PWM脉冲波来控制双H桥功率驱动电路,驱动直流电动机正反转,基本满足了EPS的要求。采用模块化设计方法编写了系统控制软件。控制软件中主要包含系统主程序、A/D转换子程序,车速和发动机转速测量子程序,模式判断子程序,电机助力子控制程序。最后,搭建了电动助力转向实验装置,对所开发的硬件电路和软件系统进行了台架实验,实验结果证明:所开发的电子控制单元性能稳定,实现了良好的转向助力效果,表明整个EPS系统设计的正确性、有效性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 引言  8
  1.2 国内外电动助力转向控制技术的研究现状  8-9
  1.3 电动助力转向系统的优点  9-10
  1.4 电动助力转向系统的关键技术及控制难点  10
  1.5 电动助力转向系统存在的主要问题及解决的方案  10-11
  1.6 本课题研究方法及任务  11-12
  1.7 本章小结  12-13
第二章 ECU 单元的开发工具及控制对象模型  13-30
  2.1 微处理器—MSC1210 芯片性能介绍  13-17
    2.1.1 MSC1210 高性能8051 内核介绍  13-15
    2.1.2 MSC1210 中存储器配置和使用  15-16
    2.1.3 MSC1210 的调试方式  16-17
  2.2 硬件仿真—PROTEUS 软件介绍  17-19
    2.2.1 实时动态仿真  18
    2.2.2 虚拟工具箱  18-19
  2.3 软件仿真环境—keil51 软件介绍  19-24
    2.3.1 KEIL工程的建立  19-22
    2.3.2 工程的详细设置  22-23
    2.3.3 编译、连接  23-24
    2.3.4 调试  24
  2.4 电动助力转向系统的信号采集和被控对象  24-26
    2.4.1 转矩传感器  25
    2.4.2 车速传感器  25-26
    2.4.3 助力电机  26
  2.5 ECU 单元相关部件数学模型的建立  26-30
    2.5.1 传感器模型  26-27
    2.5.2 转向盘和转向柱输入轴数学模型  27-28
    2.5.3 输出轴的数学模型  28
    2.5.4 助力电机模型  28-30
第三章 EPS 控制策略和助力特性曲线研究  30-38
  3.1 电动助力转向系统特性曲线的类型  30-33
  3.2 助力特性曲线的参数确定  33-34
  3.3 EPS 系统的三种控制方式  34-35
    3.3.1 常规助力控制  34-35
    3.3.2 阻尼控制  35
    3.3.3 回正控制  35
  3.4 EPS 系统中的控制方法  35-38
    3.4.1 增量PID 控制方法  36
    3.4.2 PID 控制在EPS 系统中的实现  36-38
第四章 ECU 的硬件电路设计  38-51
  4.1 微控器电路设计的总体框架  38-39
  4.2 微控制器芯片外围电路  39-40
  4.3 电源转换电路  40-41
  4.4 车速信号调理电路  41-42
  4.5 扭矩信号调理电路  42-43
  4.6 发动机信号处理电路  43-44
  4.7 功率驱动电路  44-48
  4.8 电机的过流保护电路  48-49
  4.9 故障指示电路  49-50
  4.10 硬件电路实物图  50-51
第五章 ECU 单元的软件设计  51-63
  5.1 A/D 转换程序设计  51-53
  5.2 车速和发动机转速测量子程序  53-57
  5.3 PWM 控制信号子程序  57-59
  5.4 ECU 单元控制策略程序  59-63
    5.4.1 判断转向子程序  59-60
    5.4.2 控制策略子程序  60-63
第六章 ECU 单元的台架试验  63-66
  6.1 转矩传感器静态特性实验  63-65
  6.2 各车速下助力电机电流实验  65-66
第七章总结与展望  66-68
  7.1 总结  66-67
  7.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
在学期间发表的论著及取得的科研成果  71

基于MSC1210的汽车电动助力转向控制系统研究与开发

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