载货汽车电动助力转向控制系统的开发

摘要

电动助力转向系统(Electric Power Steering， EPS)是满足人们对汽车主动安全性、操纵稳定性、转向轻便性、路感以及节能环保等需求的智能化产物。经过几十年的发展，成为了继液压助力转向与电液助力转向之后的新型高性能助力转向系统，广泛应用于各类车型之中。
　　本文以某轻型载货汽车为应用目标车型，基于对EPS系统工作原理、助力策略与控制方法的分析，提出EPS系统基本控制策略，建立载货汽车的助力特性曲线，采用PID自动控制技术和PWM控制方式驱动助力电机，完成了以ST公司的32位STM32F103VCT6为控制核心的控制器的硬件、软件的设计与加工。根据助力电机和助力策略的抽象关系表达式，建立了Matlab/Simulink控制仿型。通过对循环球式EPS转向器进行关键零件选取以及参数计算，在CATIA软件中建立了机械三维模型并将其导入LMS.Virtual.Lab.软件的Motion模块中，进行零件虚拟装配及添加约束，建立了三维动力学模型。基于以上模型，将控制模型与三维动力学模型相对接，建立联合仿真模型，并对EPS系统进行机电一体化动力学联合仿真。搭建了 EPS性能试验台，同时在LabVIEW软件中建立了性能试验台软件程序。利用EPS系统性能试验台进行了助力电流特性试验以及空载转动力矩试验，通过比较分析试验结果与联合仿真结果，验证了所建模型的正确性，分析了控制策略对EPS系统的影响;结果表明，开发的载货汽车EPS控制系统具有良好的助力性能，达到了预期设计目标，建立的联合仿真模型可对不同控制策略以及转向器参数进行仿真分析，实现机电系统性能的最优化匹配，对控制策略以及转向器的改进具有重要的参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 EPS系统研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究目的和研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．4 本章小结

第2章 EPS系统的总体设计与控制策略

2．1 EPS系统的组成与工作原理

2．2 载货汽车EPS系统的布置方案

2．2．1 目标车型的确定

2．2．2 载货汽车EPS系统的布置方案

2．3 EPS系统关键部件的选型

2．3．1 转向器

2．3．2 扭矩传感器

2．3．3 减速机构

2．3．4 助力电机

2．4 助力策略

2．4．1 助力控制

2．4．2 助力特性曲线的确定

2．5 PID控制算法

2．6 本章小结

第3章 EPS系统的控制器设计

3．1 控制器硬件设计

3．1．1 系统结构

3．1．2 单片机系统

3．1．3 电源转换电路

3．1．4 信号调理电路

3．1．5 驱动控制电路

3．1．6 检测电路

3．2 控制器软件设计

3．2．1 主程序设计

3．2．2 扭矩信号和电流信号采集

3．2．3 车速信号采集

3．2．4 数字滤波程序设计

3．3 本章小结

第4章 载货汽车EPS系统的联合仿真模型的建立与分析

4．1 载货汽车转向器动力学模型

4．1．1 LMS Virtual．Lab简介

4．1．2 转向器三维动力学模型的建立

4．2 载货汽车EPS系统MATLAB／Simulink控制仿真模型

4．2．1 控制器模型

4．2．2 直流电机模型

4．2．3 EPS转向控制系统仿真模型

4．3 联合仿真模型

4．3．1 联合仿真模型介绍

4．3．2 联合仿真分析的实现

4．4 仿真分析

4．4．1 不同PID参数仿真分析

4．4．2 助力电流特性仿真分析

4．4．3 空载力矩特性仿真分析

4．5 本章小结

第5章 载货汽车EPS系统试验及结果分析

5．1 载货汽车EPS系统试验台

5．1．1 试验台硬件组成与工作原理

5．1．2 试验台软件设计

5．2 载货汽车EPS系统性能试验与分析

5．2．1 试验准备

5．2．2 助力电流特性试验与分析

5．2．3 空载转动力矩试验与分析

5．3 本章小结

第6章 结论

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文