汽车电动助力转向系统的故障诊断与容错控制研究

摘要

汽车转向系统的发展经历了从简单的纯机械转向系统、机械液压动力转向系统，到电控液压动力转向系统，直到更为节能、操纵性能更好的电动助力转向(Electric Power Steering System简称EPS)等几个阶段。EPS是汽车动力转向的发展方向，相比较于以往的转向系统有安全、环保、节能、装置灵活、调整简单等优越之处。EPS在国外已经成功应用于很多车型上，目前国内的研究开发还处于发展阶段，近年来一直是国内汽车转向的研究热点，具有广阔的应用前景。 本文论述EPS的特点、工作原理、结构组成；通过对汽车EPS的动力学、运动学和转向系统的负载特性分析，建立了机械转向系统和EPS数学模型，分析了EPS系统机械参数对系统特性的影响；并对EPS的稳定性能进行了分析，对助力特性进行了理论上的分析，探讨了直线型助力特性特征参数的确定方法。 EPS是一个多输入多输出系统，传感器故障会导致控制系统的性能变差，所以要保证系统性能必须使闭环系统具有鲁棒性。在数学模型和助力特性研究基础上，根据汽车运行过程中转向工况，设计了基于完整性的被动容错控制系统。最后，对容错控制算法进行了仿真分析。 基于ARM单片机开发了具有故障诊断功能的EPS系统。系统硬件由电动机驱动电路、代码显示电路、传感器接口、报警灯与离合器驱动电路等组成；系统软件以CodeWarriorIDE调试环境为基础，采用C语言编程技术，包括助力控制程序模块和故障诊断程序模块。通过试验验证了系统功能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章 绪论

1.1引言

1.2汽车故障诊断技术的发展概况

1.2.1国外汽车故障诊断技术发展概况

1.2.2国内汽车故障诊断技术发展概况

1.3故障诊断与容错控制的基本概念

1.3.1 术语定义

1.3.2 故障的种类及故障诊断的任务

1.3.3 评价故障诊断系统的性能指标

1.4容错控制方法简介

1.4.1 基于硬件结构的考虑

1.4.2 基于软件结构的考虑

1.5故障诊断方法简介

1.6本文的主要工作

第二章EPS模型及特性分析

2.1 EPS原理介绍

2.2 EPS转向系统模型建立

2.2.1转向阻力矩T1研究

2.2.2机械转向系统数学模型

2.2.3 EPS系统的数学模型

2.3 EPS助力特性分析

2.3.1汽车转向阻力分析与计算

2.3.2最大助力特性曲线

2.3.3 EPS稳定性与助力增益的关系分析

2.4本章小结

第三章EPS被动容错控制研究

3.1引言

3.2 EPS完整性控制器设计

3.3仿真分析

3.4本章小结

第四章具有故障诊断功能的EPS系统的开发

4.1 EPS故障诊断技术的发展趋势

4.2具有故障诊断功能的EPS系统硬件

4.2.1 LPC2129及其最小系统

4.2.2 信号调理电路

4.2.3 助力电机驱动电路

4.2.4 电机离合器控制电路

4.2.5 CAN通信电路

4.2.6 报警灯驱动电路

4.2.7 蓄电池电压监测电路

4.2.8 故障代码显示电路

4.2.9 硬件抗干扰设计

4.3具有故障诊断功能的EPS系统软件

4.3.1 ADS1.2集成开发环境简介

4.3.2 EPS故障诊断系统程序设计

4.4本章小结

第五章结论与建议

5.1结论

5.2 不足与建议

参考文献