双电机汽车雨刷系统同步控制的研究

摘要

目前，汽车上应用最广泛的单电机雨刷系统采用单个雨刷电机带动机械连杆结构实现雨刷片在汽车风挡玻璃上往复同步摆动。虽然这种传统的雨刷系统构造简单，却存在着占用空间大、故障时维修不便等诸多缺陷。采用双电机的雨刷系统克服了这些不足，并具有重量轻，机械噪音小，刮刷面积大等优势，因此正逐渐取代传统的单电机雨刷系统。采用双电机的汽车雨刷系统在结构组成上与传统的单电机汽车雨刷系统不同，取消了笨重的机械连接结构，而采用在两侧分别安装控制器实现对雨刷电机的控制。如何通过控制器实现两侧雨刷协调同步运行成为这种新型架构亟需解决的问题。
　　本文在对双电机雨刷系统结构特点和运行约束条件分析的基础上，为两侧雨刷臂分别设计了参考运行轨迹，同时为了实现雨刷臂对参考运行轨迹的跟踪，采用了由前馈控制和反馈控制组成的复合控制方式。为了解决两侧雨刷系统的同步运行问题，分别就主从同步控制方式和交叉耦合同步方式建立了仿真模型，并在不同干扰下对两种方式的同步控制效果进行了仿真分析，比较了二者的同步控制性能，最终选择了具有更好同步控制效果的交叉耦合同步控制方式。在仿真分析的基础上，本文研制了一种以XC886为控制核心的双电机汽车雨刷控制器。最后，通过实验验证了该控制器对于双电机汽车雨刷系统两侧雨刷臂参考运行轨迹跟踪和同步控制的可行性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 双电机汽车雨刷系统的研究现状

1．3．1 双电机雨刷模型建立的国内外研究现状

1．3．2 电机同步控制的国内外研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第2章 雨刷系统概述及直流电机驱动方式

2．1 单电机雨刷系统

2．1．1 单电机雨刷系统的基本结构

2．1．2 齿条传动雨刷系统的基本结构

2．1．3 三刷永磁电动机及其变速原理

2．2 双电机雨刷系统

2．3 直流电机驱动方式

2．3．1 单极性可逆PWM系统

2．3．2 双极性可逆PWM系统

2．3．3 单、双极性可逆PWM控制器的比较

2．4 本章小结

第3章 双电机雨刷系统参考运行轨迹规划与跟踪

3．1 引言

3．2 单侧雨刷系统模型建立

3．3 参考运行轨迹规划

3．3．1 雨刷系统运行的周期性

3．3．2 双电机雨刷系统的约束条件

3．3．3 参考运行轨迹的设计

3．4 开环扰动下系统的运行轨迹

3．5 轨迹跟踪控制器的设计

3．5．1 复合控制系统

3．5．2 改进型PID控制器的设计

3．6 本章小结

第4章 双电机雨刷系统的同步控制

4．1 引言

4．2 基于主从同步控制的同步控制器设计

4．2．1 主从同步控制策略

4．2．2 主从同步控制仿真模型建立

4．2．3 模型仿真及结果分析

4．3 基于交叉耦合同步控制的同步控制器设计

4．3．1 交叉耦合同步控制策略

4．3．2 交叉耦合同步控制仿真模型建立

4．3．3 模型仿真与结果分析

4．4 本章小结

第5章 双电机雨刷系统硬件及软件设计

5．1 双电机雨刷系统整体方案

5．2 双电机雨刷系统硬件电路设计

5．2．1 电源转换电路设计

5．2．2 主控芯片

5．2．3 驱动模块及位置检测模块设计

5．2．4 保护电路设计

5．3 软件设计

5．3．1 软件总体框架设计

5．3．2 PWM波形的软件生成

5．4 实验及结果分析

5．4．1 功率管驱动波形及分析

5．4．2 电机两端电压波形及分析

5．4．3 位置检测波形及分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢