汽车电动助力转向系统(EPS)控制系统研究

摘要

汽车产业是国家的主导产业，对于国家经济的发展有着重大作用。转向系统是汽车有机组成部分。汽车电动助力转向系统可以提高驾驶员的控制感，减少驾驶员的体力消耗，因此近几年来已经成为新的研究热点。而控制器的好坏是决定了电动助力转向系统好坏的关键因素。基于一辆拆除动力系统的非电动助力的汽车整车，以电动助力转向系统控制器设计为主，针对人手打方向力矩控制困难及车轮无法转动等问题，配套设计了自动驱动伺服工控系统及上位机采集系统。本文的具体内容如下:
　　(1)首先对电动助力转向系统的系统结构、工作原理及国内外现状作了分析，具体分析了电动助力转向系统的主要部件，并在此基础上确定电动助力转向系统控制器的总体结构。
　　(2)建立电动助力转向系统的简化模型，在MATLAB中建立仿真模型。研究电动助力转向系统的助力特性和控制策略，设计了直线型助力特性曲线并重点研究了电动助力转向系统的控制策略，设计有效的控制策略。
　　(3)根据控制策略对电动助力转向系统控制器进行软硬件的设计。选择MC9S12DP256作为主控单片机，进行控制器硬件电路设计。在完成硬件电路设计的基础上，明确软件功能要求，进行电动助力系统控制器软件设计，给出了软件设计主程序和各个子程序的流程图。
　　(4)软件设计还包括用于模拟不同车速和不同路况的自动驱动伺服工控系统软件设计和上位机设计，给出了工况控制的触摸屏界面及PLC控制程序设计。
　　(5)开发了LabVIEW为基础的上位机，包括电动助力转向系统实时的数据采集、助力特性曲线采集、系统参数的设置等。
　　(6)进行了控制器台架测试。检验所设计的控制器的助力效果，检验所设计的上位机采集软件是否合理。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 汽车助力转向系统发展历程

1．3 汽车电动助力转向系统国内外研究现状

1．4 本文研究内容及论文结构

2 电动助力转向系统组成原理及主要部件

2．1 汽车电动助力转向系统分类

2．2 汽车电动助力转向系统的组成结构

2．3 汽车电动助力转向系统的工作原理

2．4 汽车电动助力转向系统的主要部件

2．4．1 转矩传感器

2．4．2 车速传感器

2．4．3 助力电机

2．4．4 减速机构和离合器

2．4．5 控制单元ECU

2．5 自动驱动伺服工控系统设计

2．6 控制器基本结构

2．7 本章小结

3 电动助力转向系统助力特性和控制策略研究

3．1 助力特性分析

3．1．1 助力特性概念

3．1．2 电动助力转向系统助力特性曲线研究

3．2 控制策略研究

3．2．1 电动助力转向系统模型的建立

3．2．2 电动助力转向系统助力电机控制

3．2．3 电动助力转向系统目标电流控制策略

3．3 本章小结

4 电动助力转向系统控制器硬件设计

4．1 控制器硬件框图

4．2 主控系统电路设计

4．2．1 MC9S12DP256单片机简介

4．2．2 MC9S12DP256主控电路设计

4．3 助力电机驱动电路设计

4．3．1 BTS7960驱动芯片

4．3．2 BTS7960性能特点及引脚定义

4．3．3 驱动电路设计

4．4 传感器接口电路设计

4．4．1 转矩传感器接口电路设计

4．4．2 车速传感器接口电路设计

4．5 本章小结

5 电动助力转向系统软件设计及上位机设计

5．1 电动助力转向系统控制器软件设计

5．1．1 主程序设计

5．1．2 A／D采集子程序

5．1．3 数字滤波子程序

5．1．4 模糊PID控制子程序

5．2 自动驱动伺服工控系统软件设计

5．2．1 触摸屏设计

5．2．2 PLC程序设计

5．3 系统上位机设计

5．3．1 LabVIEW概述

5．3．2 上位机数据采集设计

5．4 本章小结

6 电动助力转向系统台架试验及结果分析

6．1 电动助力转向系统测试台架

6．2 台架测试试验方案

6．3 台架测试试验结果与分析

6．3．1 助力功能测试试验

6．3．2 助力特性检验试验

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况