基于GPS的汽车电动助力转向控制器的研究与设计

摘要

车辆的转向系统是实现驾驶员的操作意图、控制车辆行驶状态和整车操纵稳定性的最重要系统。电动助力转向系统是目前研究及应用的热点,该系统具有部件少、结构简单、节能环保、便于安装维护等特点,是未来动力转向技术的发展方向,有望作为汽车的标准件,在动力转向系统中占据主导地位。
　　 本文首先在总结国内外文献的基础上,阐述电动助力转向领域国内外研究现状和GPS在汽车操纵稳定性研究中的国内外研究现状,指出开展GPS在汽车前轮转向稳定性研究中的重要意义。
　　 其次,在研究EPS系统结构和工作原理的基础上,应用运动学和动力学的理论知识建立电动助力转向系统动力学模型和二自由度车辆模型,提出了运用GPS实时差分定位技术的原理,结合INS传感器,测量汽车的横摆角速度、质心侧偏角和速度等汽车状态参数的方法,分析了测量系统的测量误差,应用Carsim和Simulink软件联合仿真,验证了二自由度车辆模型应用在车辆稳定性控制领域的可行性。
　　 再次,分析了车辆失去稳定性的原因,在此基础上重点分析了横摆角速度和质心侧偏角对车辆稳定性的影响,提出了基于GPS的车辆稳定性控制策略。设计了基于GPS的EPS控制器,重点介绍了控制器的组成、主控制芯片、GPS接口电路设计以及转向电机的驱动电路设计。
　　 最后,通过开环控制试验、转向不足控制试验、转向过度控制试验和质量分布不均控制试验验证了所设计的基于GPS的车辆稳定性控制策略的正确性和基于GPS的EPS控制器的实用性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外电动助力转向控制技术的研究现状

1.2.2 国内电动助力转向控制技术的研究现状

1.2.3 GPS在汽车稳定性控制上运用的国外研究现状

1.2.4 GPS在汽车稳定性控制上运用的国内研究现状

1.3 本文的研究内容

1.4 本文组织结构:

第2章 基于GPS的EPS总体设计及建模仿真

2.1 EPS系统结构和工作原理

2.2 电动助力转向系统动力学模型的建立

2.3 二自由度车辆模型

2.4 GPS测量系统在EPS中的应用

2.4.1 GPS测量系统的组成

2.4.2 GPS测量系统的功能

2.4.3 GPS测量系统的测量误差

2.5 基于CarSim的仿真分析

2.5.1 CarSim动态模拟试验平台的组成

2.5.2 CarSim车辆整车模型的建立

2.5.3 驾驶员模型及仿真道路环境建立

2.5.4 模型参数的输入及输出

2.5.5 Carsim与Matlab的联合仿真

2.6 本章小结

第3章 车辆稳定性控制策略及试验分析

3.1 汽车失稳的判断

3.2 横摆角速度和质心侧偏角对车辆稳定性的影响

3.2.1 横摆角速度对汽车稳定性的影响

3.2.2 质心侧偏角对汽车稳定性的影响

3.3 基于GPS的车辆转向稳定性控制策略

3.3.1 GPS在车辆转向稳定性控制中的应用

3.3.2 车辆转向稳定性问题分析

3.3.3 车辆转向稳定性控制策略

3.4 本章小结

第4章 基于GPS的EPS控制器设计

4.1 基于GPS的EPS控制器组成

4.2 基于GPS的EPS控制器控制芯片

4.3 GPS接收器的接口电路设计

4.3.1 GPS简介

4.3.2 GPS接口定义说明

4.3.3 GPS协议解析

4.3.4 控制器与GPS的硬件接口电路设计

4.3.5 GPS信息采集软件设计

4.4 转向电机驱动电路

4.4.1 IR2184的引脚功能定义

4.4.2 H桥式汽车电动助力转向电机驱动原理

4.4.3 汽车电动助力转向电机驱动器电路设计

4.5 本章小结

第5章 基于GPS的汽车电动助力转向试验分析

5.1 试验简介

5.2 试验过程及结果分析

5.2.1 开环控制试验

5.2.2 转向不足控制试验

5.2.3 转向过度控制试验

5.2.4 质量分布不均控制试验

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

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