小齿轮电动助力转向（P-EPS）系统控制策略研究及实现

摘要

电动助力转向系统是汽车转向系统发展的趋势，其研究涉及传感器、微电子控制、计算机控制、嵌入式系统设计、电力传动控制技术、非线性控制理论、智能控制理论、汽车工程以及机械设计等多学科领域，真正体现了未来汽车的机电一体化设计思想。本文对应用于中型轿车的小齿轮电动助力转向(P-EPS)系统进行了仿真研究，设计了电子控制单元(ECU)，并在此基础上进行了台架实验。 本文首先应用半物理模型仿真软件AMESim建立了P-EPS系统的模型，对模型的正确性进行了测试，并给出了测试结果。随后对P-EPS系统的静态与动态特性进行了研究，为以后建立P-EPS系统的控制策略打下了基础。 汽车行驶时的状况非常复杂，需要根据不同的行驶状况建立完备的控制策略满足转向系统舒适、安全、可靠的要求。本文建立了三种控制两种补偿的控制策略。三种控制分别是助力控制、主动回正控制、阻尼控制，两种补偿是惯量补偿和摩擦补偿。助力控制为驾驶员提供转向助力；主动回正控制增加转向系统的回正能力，P-EPS系统中引入了新的传感器，使得电机能够在一定情况下主动产生力矩协助转向系统回正，增强了回正能力；阻尼控制用来增强汽车行驶的稳定性。此外摩擦补偿与惯量补偿用来弥补由于系统摩擦及电机惯量影响造成的系统响应慢、随动性变差等缺点。 电子控制单元(ECU)是P-EPS系统的核心部件，是控制策略实现的软硬件基础。本文使用摩托罗拉公司专为汽车电子生产的16位数字信号处理器DSP56F8323作为ECU的微处理器。此外介绍了ECU的信号采集处理电路、电机驱动电路、故障保护电路的设计思路。在Metrowerks公司提供的开发工具CodeWarrior IDE与Processor Expert(PE)基础上进行了软件程序的开发，给出了程序的流程图及设计思路。 最后，介绍了P-EPS系统实验台架的设计，并给出了控制器的实验台架实验结果。对控制器的助力特性、回正特性和电机跟随性进行了测试。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪言

1.1汽车转向系统发展简介

1.1.1机械转向系统

1.1.2液压助力转向系统

1.1.3电动助力转向系统

1.2电动助力转向系统的分类

1.3电动助力转向系统国内外发展状况

1.4本课题研究的目的和意义

1.5本课题研究的主要内容

第二章 电动助力转向系统的组成及工作原理

2.1电动助力转向系统的组成

2.1.1机械部分

2.1.2电子部分

2.2 电动助力转向系统工作原理

2.3小结

第三章P-EPS系统的物理建模

3.1 AMESim仿真建模环境简介

3.1.1软件概述

3.1.2 AMESim软件的特点

3.1.3基本使用流程

3.2 P-EPS系统模型的建立

3.3模型正确性测试结果

3.4 小结

第四章P-EPS系统控制策略研究

4.1引言

4.2直流有刷电机模型

4.3 P-EPS系统控制策略分析

4.3.1控制策略的目标

4.3.2控制策略实现

4.3.3控制算法设计

4.3.4P-EPS控制算法实现

4.4控制策略仿真研究及结果分析

4.5小结

第五章P-EPS系统数字化设计与实现

5.1引言

5.2 P-EPS系统ECU硬件设计

5.2.1 DSP56F8323简介

5.2.2信号采集电路设计及其参数确定

5.2.3电机控制电路设计

5.2.4 ECU保护电路设计

5.3 P-EPS系统ECU软件设计

5.3.1开发工具Processor Expert的使用

5.3.2程序流程图

5.4小结

第六章 实验台架及实验结果分析

6.1 P-EPS系统的实验台架

6.1.1实验台架的组成

6.1.2实验台架的功能

6.2 EPS系统性能评价标准

6.2.1转向轻便性

6.2.2转向回正特性

6.2.3助力特性

6.2.4转向路感

6.3实验台架实验结果及分析

6.4 小结

结束语

参考文献

硕士期间发表的论文及参加的科研课题

致谢