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汽车电动助力转向控制系统设计与开发

作　者: 钱学武
导　师: 马明星
学　校: 扬州大学
专　业: 车辆工程
关键词: 汽车工程电动助力转向系统电子控制器数据采集
分类号: U463.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 341次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

由于电动助力转向系统具有环保节能、助力特性可调、安全性高等优点,许多汽车企业和研究单位已经将其做为重点研发项目之一,其中,电子控制器硬件开发和控制软件是其核心技术之一。本文首先分析了各种助力转向系统的特点,重点研究了电动助力转向系统的结构和动力学模型,提出了基于PID的控制策略,并利用Matlab/Simulink工具建立了电动助力转向系统中的转向轴动力学、齿条动力学和助力电机数学模型,并建立了助力特性曲线,进行了无助力、有助力以及PID控制助力的仿真计算,经过对比分析,证明该PID控制机理能够较准确控制助力大小,效果良好。本文重点设计并开发了电动助力转向系统的控制器硬件及控制软件。硬件设计方面主要包括:选取了飞思卡尔MC9S12系列单片机作为EPS系统CPU,设计了单片机最小系统电路(包括时钟电路、滤波电路、电源电路、复位电路等);采用LM2576芯片设计了稳压电源电路;方向盘转矩传感器信号和车速信号调理电路、助力电机驱动电路以及通信电路等。助力电机驱动电路由电机专用驱动芯片TD340驱动;通信电路主要由串口通信和CAN总线通信组成,实现与PC机和整车通信;控制软件方面主要编写了单片机的A/D转换程序、PWM模块和脉冲捕捉模块程序以及相关寄存器配置方法。利用LabVIEW软件设计了EPS的上位机监控程序,实现了控制器与计算机之间的通信,可以方便地对相关实验数据进行数据显示、图形绘制、数据保存和动态比较,完成数据采集的全自动过程。为了验证控制器硬件和软件的可靠性,在试验台架上进行了实验研究,主要包括无助力与有助力对比、转矩对电流影响、车速对电流影响、方向盘回正控制等试验,结果表明,控制器硬件部分性能良好、工作稳定可靠;软件控制效果较好,助力特性符合设计要求。转向系统稳定性较好,同时方向盘上无明显抖动,手感良好,为下一步的装车试验做好了准备。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 转向系统概述  9-11
  1.2 电动助力转向系统国内外发展研究现状  11-12
  1.3 电动助力转向系统的特点  12-13
  1.4 课题研究的意义  13
  1.5 本文研究的主要内容  13-14
第二章 EPS 系统建模与仿真研究  14-25
  2.1 EPS 系统工作原理及结构组成  14-18
    2.1.1 助力电机  14-15
    2.1.2 电磁离合器  15
    2.1.3 电位计式扭矩传感器  15-16
    2.1.4 车速传感器  16-17
    2.1.5 电子控制单元  17-18
  2.2 电动助力转向系统建模  18-19
  2.3 助力特性曲线的建立  19-20
  2.4 仿真研究  20-24
    2.4.1 无助力转向系统模型  21-22
    2.4.2 有助力转向系统的仿真模型  22
    2.4.3 仿真结果分析  22-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章 EPS 系统硬件设计  25-37
  3.1 EPS 系统硬件电路结构及系统框图  25-26
  3.2 单片机最小系统电路  26-30
    3.2.1 时钟电路  26-27
    3.2.2 滤波电路  27
    3.2.3 电源电路  27-28
    3.2.4 复位电路  28-29
    3.2.5 BDM 接口电路  29-30
  3.3 电源转换电路  30
  3.4 传感器信号（车速、扭矩）处理电路  30-31
    3.4.1 车速信号处理电路  30-31
    3.4.2 方向盘扭矩信号处理电路  31
  3.5 电机驱动电路  31-34
  3.6 电机电流采集电路  34-35
  3.7 硬件抗干扰设计  35-36
  3.8 本章小结  36-37
第四章 EPS 系统软件设计  37-55
  4.1 EPS 系统控制目标  37
  4.2 EPS 系统基本控制方式  37-40
    4.2.1 助力控制  38-39
    4.2.2 回正控制  39
    4.2.3 阻尼控制  39-40
  4.3 EPS 系统控制策略  40-42
    4.3.1 数字PID 控制算法  40-42
    4.3.2 数字PID 控制技术在EPS 中的实现  42
  4.4 EPS 软件设计  42-54
    4.4.1 A/D 数据采集程序设计  42-47
    4.4.2 电动机PWM 控制  47-51
    4.4.3 车速信号采集  51-53
    4.4.4 EPS 软件的总体流程图  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章实验台架采集系统设计  55-63
  5.1 下位机系统设计  55-59
    5.1.1 串口通信硬件设计  55-56
    5.1.2 串口通信软件设计  56-58
    5.1.3 CAN 总线通信硬件设计  58-59
  5.2 上位机软件系统设计  59-62
    5.2.1 软件设计流程  59-60
    5.2.2 EPS 系统监控界面设计  60-62
  5.3 本章小结  62-63
第六章台架试验与结果分析  63-69
  6.1 试验设备介绍  63-64
  6.2 台架实验内容  64
  6.3 台架实验结果与分析  64-68
    6.3.1 无助力特性实验  64-65
    6.3.2 助力特性实验  65-67
    6.3.3 回正性能实验  67-68
  6.4 本章小结  68-69
第七章结论与展望  69-71
  7.1 结论  69
  7.2 展望  69-71
参考文献  71-73
附录控制器原理图及部分控制程序  73-79
致谢  79-80
攻读学位期间发表的学术论文  80

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