基于转向性能的电动助力转向系统自匹配研究

摘要

EPS(ElectricPowerSteering，电动助力转向系统)以其独特的优势，逐步成为国内外众多车型的标配。车辆行驶过程中，EPS控制器控制电机给转向系统提供适当的助力，使得转向系能更好的匹配整车对其的性能要求。在实际开发项目中，研发的新款EPS控制器应用于实车时，需要在各种试验工况下，调试人员借助调试工具，通过反复的实车试验来修改、优化其控制算法、策略，以达到所要求的性能。这样通过大工程量完成的已调试、匹配好的控制器却仅适用于做试验的这种车型，当其装载到其他车型上，又需在装载车型上重新做类似的调试、标定试验，从而造成资源的浪费，使得助力系统开发、匹配的调试标定周期长，且效果不理想。　　在此背景下，本文基于实际工程项目，从消除EPS系统在各车型间匹配时所需要的调试和标定工作入手，开发自匹配控制算法，实现已调试、标定的EPS系统在不同车型间的自匹配。文中先分析转向系统的阻力矩，推导车辆转向系的阻力矩计算公式，确定阻力矩公式中的车辆行驶状态参数与车型配置参数间的定量关系，并搭建阻力矩模型。再以建立的车辆转向系统阻力矩模型为基础，依据系统的工作原理，开发自匹配控制算法。并采用分模块独立仿真的设计思路搭建联仿平台，设置仿真环境进行仿真验证，验证转向系阻力矩模型及自匹配算法控制下助力系统在各车型间匹配的效果。最后采用基于模型的设计(MBD, Model Based Design)，开发含自匹配算法助力系统控制器的软件程序，以实际研发项目为基础，详细介绍控制器应用层软件具体的开发过程及基于STM32开发板的底层驱动程序的开发，并将集成的控制器软件程序下载到开发板上进行硬件在环、半实物在环等仿真测试。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 转向系统发展现状

1.2.2 EPS 控制器研究现状

1.2.3 EPS 系统匹配和优化的研究现状

1.3 课题来源及研究意义

1.4 主要研究内容

第 2 章 转向系阻力矩模型

2.1 转向阻力矩分析

2.2 转向力分析及计算

2.2.1 车轮垂向力分析

2.2.2 车轮纵向力分析

2.2.3 车轮侧向力分析

2.3 转向力矩分析及计算

2.3.1 垂向力回正

2.3.2 纵向力回正力矩

2.3.3 侧向力回正力矩

2.3.4 轮胎自回正力矩

2.3.5 摩擦力矩

2.3.6 原地转向条件下的转向力矩

2.4 本章小结

第 3 章 自匹配控制算法

3.1 自匹配算法

3.2 转向性能及评价指标

3.2.1 转向系转向性能

3.2.2 助力特性评价指标

3.3 本章小结

第 4 章 仿真分析

4.1 CarSim 转向系统

4.2 转向阻力矩模型仿真

4.3 转向性能仿真

4.3.1 轻便性仿真

4.3.2 路感仿真

4.4 本章小结

第 5 章 基于模型的 EPS 系统软件开发

5.1 EPS 控制器应用层软件开发

5.1.1 控制器需求分析

5.1.2 控制器架构设计

5.1.3 建模

5.1.4 测试及代码自动生成

5.2 EPS 控制器底层驱动软件开发

5.2.1 STM32 开发基础知识

5.2.2 基于固件库的工程

5.3 底层软件仿真及调试

5.3.1 软件仿真

5.3.2 STM32 串口程序下载及调试

5.4 程序集成

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢