电动助力转向系统仿真及控制系统设计

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1、摘要摘要汽车电动转向(EPS)系统因具有传统液压动力转向系统无法比拟的优势，成为现代汽车转向系统研究的热点之一。本文在研读和分析电动助力转向系统国内外研究现状和发展趋势的基础上，对电动助力转向系统工作原理进行了深入研究，设计开发了EPS的电子控制单元ECU(ElectronicControlUnit)的硬件电路和相应的控制软件，并进行了EPS系统的台架实验。本论文主要研究内容包括：首先，本文建立了电动助力转向系统数学模型。为了获得尽可能与实际情况相同的效果，利用AMESim软件与Simulink软件进行联合建模仿真，对不同工作模式进行分析，提出有效的控制策略。通过比较了P控制、P

2、D控制以及Fuzzy—PD的算法、控制效果和仿真分析，验证了Fuzzy．PD控制算法的优越性。其次，分析了电动助力转向系统电子控制单元的功能。在充分考虑电动助力转向系统控制的可靠性、实时性的基础上，设计研发了以MC9S12DGl28为核心的控制单元。通过电子控制单元的硬件设计，完成了对直流电动机的驱动控制、对各种传感器信号的采集和处理，通过单片机产生可变占空比的PWM脉冲波来控制H桥驱动直流电动机正反转，满足EPS控制要求。基于完成硬件设计系统，采用模块化设计的方法编写相应控制软件。控制软件中主要包含系统主程序、信号采集子程序，模式判断子程序，电机助力子控制程序。最后，研制并自主

3、搭建了电动助力转向实验装置，对所设计的硬件电路和软件系统进行了台架实验，实验结果证明：所设计的电子控制单元性能稳定，实现了良好的转向助力效果，表明整个EPS系统设计的正确性、有效性。关键词：电动助力转向系统；AMESim；电控单元；控制策略；模糊控制ABSTRACTElectricPowerSteering(EPS)systemistheinevitabledevelopingdirectionforautomobilepowersteering，whichismuchsuperiortohydraulicpowersteeringsystem．Soitbecomesoneofh

4、otspotofmodemsteeringsystemresearch．Afterstudyingandanalysingtheepsresearchstatusanddevelopmenttrend，someresearchesonworkingprincipleofeps．ThenwedesignedanddevelopedtheElectronicControlUnit(ECU)andthesoftwareprogramoftheECU，anddonetheEPSbenchtest．FirstlymathematicsmodelofEPSsystemwasestablish

5、ed．Inordertoobtainthemodelclosetotheactualsteeringsystem，AMESimsoftwareandSimulinksoftwareareconnecttoCO-simulationforthesystem，differentmodewasanalysised，andtheefferctivecontrolstrategyWasintroduced．ComparingofthethreecontrolalgorithmPcontrol，PDcontrol，andtheFuzzy—PDcontrol，throughthesimulat

6、ionanalysistoverifytheadvantageofFuzzy-PDcontrolalgorithm．SecondlyanalyzingthefunctionsandconsideringthereliabilityoftheelectroniccontrolunitofEPSsystem，thethesisstudiedanddevelopedthehardwarethatadoptedMC9S12DGl28aSitsmicroprocessor．TheECUcontainsthedriveDCmotorcontrolcircuit，varioussensorss

7、ignalacquisitionandprocessingcircuit．ThewholeprocessareavariabledutycycleWassetthroughthesingle—chippulseofthePWMtocontroltheHbridgeDCmotordrive，anditmeettheEPScontrolrequest．Thehardwarecompletelyfinished，inthesoRwarepartthemodulardesignmetho