基于FLEXRAY通信协议的汽车线控转向控制器的研究

摘要

线控转向系统（Steering-By-Wire System，简称SBW）是继电动助力转向系统后出现的一种全新概念的转向系统，它在结构上取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，因此完全摆脱了传统转向系统的各种约束限制，使人们可以自由设计汽车转向系统的力传递特性和角传递特性，不仅可以提高汽车的操纵稳定性、安全性和节能环保性，而且更有利于与其他车身系统进行统一协调控制。
　　 线控转向控制器作为线控转向系统核心部件，负责对系统角传递和力传递进行控制，是实现驾驶舒适性与操纵稳定性的关键，因此其设计是线控转向系统最需要解决的关键问题。
　　 本课题以北京工业大学线控转向实验台架为对象，设计开发基于FlexRay通信协议的线控转向控制器的硬件部分和软件部分，实现了路感模拟控制算法和前轮转角控制算法。
　　 论文首先建立了具有线控转向特性的动力学模型，不仅有利于线控转向系统转向特性和控制策略的研究，而且也为硬件在环仿真实验提供模型平台。
　　 其次分别对线控转向控制器的上层控制策略和下层控制策略进行研究。一方面，利用车速和前轮转角等信息对回正力矩进行估算，由此控制路感模拟电机提供给驾驶员合理的路感信息。另一方面，以前轮转角为控制对象，采用固定转向灵敏度型控制策略保持转向增益的不变，同时，使用横摆角速度与质心侧偏角联合控制策略提高车辆动态意义上的操纵稳定性能。
　　 之后，根据线控转向系统需求，设计了基于MC9S12XF512的线控转向控制器的硬件系统，并在该硬件平台基础上，移植μC/OS-Ⅱ实时操作系统，使线控转向控制器满足实时性的要求。同时根据模块化的设计思想，对控制器各个功能模块的软件进行设计。
　　 最后建立了基于dSPACE的硬件在环仿真实验平台，对线控转向控制器软硬件进行硬件在环仿真实验。相应的实验结果表明线控转向控制器的性能满足设计要求，为今后实现线控转向系统在汽车辅助驾驶和智能驾驶方面的应用奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 汽车线控转向系统概述

1.1.1 汽车转向系统发展

1.1.2 线控转向系统研究意义

1.1.3 国内外线控转向研究现状

1.2 线控转向系统关键技术

1.3 线控转向系统结构及功能

1.4 本文研究的主要内容

第2章 线控转向系统动力学模型

2.1 引言

2.2 线控转向系统动力学模型

2.2.1 线控转向系统动力学模型结构

2.2.2 方向盘总成动力学模型

2.2.3 前轮转向机构动力学模型

2.2.4 汽车线性二自由度整车动力学模型

2.3 本章小结

第3章 线控转向系统控制策略研究

3.1 引言

3.2 线控转向系统路感控制策略

3.2.1 路感定义

3.2.2 路感的构成

3.2.3 线控转向系统路感模拟控制策略

3.3 线控转向系统前轮转角控制策略

3.3.1 固定转向灵敏度型控制策略

3.3.2 横摆角速度和质心侧偏角联合控制策略

3.4 电机控制策略

3.4.1 参数自整定的控制思想

3.4.2 PID参数自整定模糊控制器设计

3.5 本章小结

第4章 线控转向系统控制器硬件系统设计

4.1 引言

4.2 控制器功能

4.3 控制器核心板设计

4.3.1 FlexRay通信电路设计

4.3.2 CAN通信电路设计

4.3.3 A/D信号调理电路设计

4.3.4 电源及其他接口电路设计

4.4 控制器驱动板设计

4.4.1 直流电机的PWM控制原理

4.4.2 控制器驱动板电路

4.5 本章小结

第5章 线控转向系统控制器软件系统设计

5.1 引言

5.2 控制器软件系统架构

5.2.1 程序组织结构

5.2.2 程序执行流程

5.3 μC/OS-Ⅱ操作系统

5.3..1μC/OS-Ⅱ操作系统概述

5.3.2 基于MC9S12XF512的移植

5.4 控制器驱动层软件设计

5.4.1 A/D程序设计

5.4.2 PWM程序设计

5.4.3 CAN通信程序设计

5.4.4 FlexRay通信程序设计

5.5 控制器策略层软件设计

5.6 本章小结

第6章 线控转向硬件在环仿真实验

6.1 引言

6.2 基于dSPACE的硬件在环仿真实验平台的搭建

6.2.1 dSPACE实验仿真平台简介

6.2.2 线控转向实验平台的搭建

6.3 线控转向控制策略实验及评价

6.3.1 中心区转向实验

6.3.2 转向瞬态响应实验

6.3.3 蛇形实验

6.3.4 传统转向对比实验

6.4 实验结果分析

6.4.1 中心区转向实验结果

6.4.2 转向瞬态响应实验结果

6.4.3 蛇形实验结果

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢