基于PMSM的汽车线控转向路感模拟控制器研究与实现

摘要

线控转向系统是一种新型转向系统，取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，可灵活设计其角传递和力传递特性，对提高汽车的操纵稳定性、驾驶舒适性和主动安全性有重要意义。路感模拟控制器作为线控转向系统的关键组成部分，为驾驶员提供舒适的路感，其性能关系到行车安全。本文采用响应速度快、效率高、功率密度大的交流永磁同步电机(PMSM)作为路感电机，研究基于PMSM的汽车线控转向路感模拟控制器，主要完成以下工作:
　　(1)研究线控转向系统路感模拟，设计控制器路感力矩
　　通过整车受力建模分析求解出路感力矩，研究车速、前轮转角、整车质量等参数对路感力矩的影响。利用SBW系统变传动比特性，设计了符合驾驶员习惯的路感力矩;为提高系统稳定性，设计容差区间路感力矩;基于安全性考虑，设计转向和回正状态路感力矩及限位控制，完善路感控制器力矩设计。
　　(2)提出基于PMSM的路感模拟控制器控制方案，并进行仿真验证
　　对PMSM模型进行分析，选择的解耦矢量控制方法作为该电机的控制策略。设计了力矩外环和电流内环的双闭环系统控制方案并进行仿真验证，仿真结果表明，系统控制方案设计正确可行。
　　(3)基于PMSM的路感模拟控制器的设计与实现
　　为节省SBW转向系统成本，基于PMSM路感电机转子电气角度获取方向盘转角，提出多点采样角度过零检测方法，准确获取方向盘转角信息。针对方向盘转角的波动现象，提出波动极值法判别方向盘转角变化方向，从而实现驾驶员的驾驶意图判别。完成了控制器的DSP最小系统、电流检测和力矩检测调理电路、电机驱动电路、角度解码电路及系统电源电路等硬件设计，同时完成了方向盘转角获取模块、转角变化方向判断模块、力矩控制模块和整体控制系统的软件设计。
　　(4)路感模拟控制器台架实验
　　为验证理论设计和建模仿真的正确性及路感控制器性能，进行了路感控制器台架实验。实验结果表明，路感模拟控制器驾驶意图判别准确，力矩跟随良好，达到设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 线控转向系统结构

1．3 国内外线控转向系统研究现状

1．3．1 国外线控转向系统研究现状

1．3．2 国内线控转向系统研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 线控转向路感力矩分析与设计

2．1 路感概述

2．2 路感力矩建模分析

2．3 路感力矩计算和分析实例

2．3．1 路感力矩计算实例

2．3．2 方向盘路感力矩实例分析

2．4 驾驶员偏好的路感力矩及设计

2．4．1 驾驶员偏好的路感力矩

2．4．2 符合驾驶员偏好的路感力矩设计

2．5 路感模拟控制器路感力矩设计

2．5．1 驾驶员驾驶意图判断

2．5．2 转向状态路感力矩设计

2．5．3 回正状态路感力矩设计

2．5．4 容差区间力矩设计

2．5．5 限位控制设计

2．6 本章小结

第三章 基于PMSM的路感电机控制方案设计与仿真

3．1 PMSM模型分析

3．2 空间矢量脉宽调制技术

3．3 路感电机控制方案设计

3．4 路感电机控制系统建模仿真分析

3．4．1 路感电机电流环建模仿真分析

3．4．2 路感电机力矩环建模仿真分析

3．5 本章小结

第四章 线控转向路感模拟控制器实现

4．1 方向盘转角获取

4．2 方向盘转角变化方向判断

4．3 路感模拟控制器的硬件设计

4．3．1 DSP最小系统电路

4．3．2 电流检测电路

4．3．3 力矩检测电路

4．3．4 电机驱动电路

4．3．5 角度解码电路

4．3．6 系统电源电路

4．4 路感模拟控制器的软件设计

4．4．1 主模块

4．4．2 方向盘转角获取模块

4．4．3 转角变化方向判断模块

4．4．4 力矩控制模块

4．5 本章小结

第五章 线控转向路感模拟控制器台架实验

5．1 静态性能实验

5．1．1 电流环静态实验

5．1．2 力矩环静态实验

5．2 动态性能实验

5．2．1 转向状态动态性能实验

5．2．2 回正状态动态性能实验

5．2．3 转向与回正联合动态性能实验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢