基于模糊控制的电动助力转向系统的研究与开发

发布时间：2017-05-07 17:11

  本文关键词：基于模糊控制的电动助力转向系统的研究与开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 汽车电子化是当前汽车技术发展的必然趋势。继电子技术在发动机、变速器、制动器和悬架等系统得到广泛应用之后,国内外轿车和轻型汽车采用电动助力转向(Electric Power-assisted Steering,简称EPS)系统逐步取代传统液压助力转向系统。电动助力转向系统采用电动机直接提供助力,助力大小由电控单元(ECU)控制,具有助力大小可调、路感良好、环保、节能和维修方便等优点,是当前汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一。 本文首先论述了EPS系统的特点、工作原理和结构,对EPS系统的关键部件如转矩传感器、电动机以及电子控制单元等进行了详细的说明,为系统开发和部件选型提供了依据。 接着从助力特性和控制策略两方面对EPS系统进行了深入细致的研究。设计了基于模糊控制的电动机助力电流的决策方法,得到了在不同车速和转向盘力矩输入下的助力特性曲线,曲线表明基于模糊控制的助力控制策略是符合实际EPS系统在转向过程中对助力的要求的;并对提高汽车驾驶舒适性和操纵稳定性的转向阻尼控制和回正控制策略进行了讨论。在此基础上,建立EPS系统仿真模型,设计了电动机电流的PID和自适应模糊PID控制器。仿真结果表明,电流控制器针对目标电流具备较高的响应速度和良好的跟踪性,所制定的助力控制策略和电流控制方法可以很好满足实际转向系统的使用要求。 最后,给出了一整套EPS系统ECU硬件设计方案,详细介绍了永磁无刷直流电动机的驱动电路和电动机与EPS系统控制策略相对应的三种工作模式。根据EPS系统的功能要求,给出了ECU软件组成和工作流程图。 本文所研究的内容为EPS系统的开发提供了重要理论基础和设计方法,具有实际指导意义。
【关键词】：电动助力转向 助力特性 模糊控制 电子控制单元
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U463.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 汽车动力转向技术的发展12-15
• 1.1.1 动力转向系统概述12
• 1.1.2 传统液压助力转向系统12-13
• 1.1.3 电控液压助力转向系统13-14
• 1.1.4 电动助力转向系统14
• 1.1.5 汽车动力转向技术的发展趋势14-15
• 1.2 电动助力转向系统的关键技术15-17
• 1.3 国内外研究现状17
• 1.4 本文的研究目的与主要内容17-19
• 第2章 EPS 系统的工作原理与部件选型19-29
• 2.1 EPS 系统的结构和工作原理19-20
• 2.2 EPS 系统的分类20-21
• 2.3 EPS 系统的主要部件21-28
• 2.3.1 转矩传感器21-23
• 2.3.2 车速传感器23
• 2.3.3 电动机23-26
• 2.3.4 电磁离合器26-27
• 2.3.5 减速机构27-28
• 2.3.6 电子控制单元28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 EPS 系统助力特性和控制策略的研究29-45
• 3.1 EPS 系统的控制目标29-30
• 3.2 助力特性理论分析30-35
• 3.2.1 路感及路感强度30-32
• 3.2.2 助力特性的概念32-33
• 3.2.3 EPS 系统助力特性曲线33-35
• 3.3 EPS 系统的转向助力控制35-43
• 3.3.1 电动机助力电流的决策35-40
• 3.3.2 EPS 系统助力特性图40-42
• 3.3.3 EPS 系统助力控制模糊控制器的实现42-43
• 3.4 EPS 系统的转向阻尼控制43-44
• 3.5 EPS 系统的转向回正控制44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 EPS 系统建模与仿真结果分析45-59
• 4.1 电动助力转向系统建模45-49
• 4.1.1 电动助力转向系统的动力学结构45
• 4.1.2 电动助力转向系统的动力学方程45-47
• 4.1.3 EPS 系统仿真模型的建立47-49
• 4.2 电动机目标电流的控制策略49-55
• 4.2.1 PID 控制策略49-52
• 4.2.2 自适应模糊 PID 控制策略52-55
• 4.3 仿真结果及其分析55-58
• 4.3.1 电动机电流控制仿真结果与分析55-57
• 4.3.2 EPS 系统助力控制仿真结果与分析57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 EPS 系统的ECU 硬件及软件实现59-74
• 5.1 ECU 硬件概述及基本构成单元59-60
• 5.2 单片机系统电路设计60-64
• 5.2.1 MC9Sl2DP256 单片机的特点60-61
• 5.2.2 MC9Sl2DP256 单片机系统电路设计61-64
• 5.3 驱动控制电路设计64-67
• 5.4 EPS 系统永磁无刷直流电动机的三种基本控制方式67-69
• 5.4.1 电动机常规控制67-68
• 5.4.2 电动机阻尼控制68
• 5.4.3 电动机回正控制68-69
• 5.5 传感器接口设计69-70
• 5.6 EPS 系统软件实现70-73
• 5.6.1 系统初始化模块70-71
• 5.6.2 主程序模块71
• 5.6.3 主循环模块71-72
• 5.6.4 电流闭环控制模块72
• 5.6.5 传感器输入信号的数字滤波模块72-73
• 5.7 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录80

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