汽车电动助力转向控制系统设计与开发

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1、扬州大学硕士学位论文汽车电动助力转向控制系统设计与开发姓名：钱学武申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：马明星20100501钱学武：汽车电动助力转向控制系统设计与开发摘要由于电动助力转向系统具有环保节能、助力特性可调、安全性高等优点，许多汽车企业和研究单位已经将其做为重点研发项目之一，其中，电子控制器硬件开发和控制软件是其核心技术之一。本文首先分析了各种助力转向系统的特点，重点研究了电动助力转向系统的结构和动力学模型，提出了基于PID的控制策略，并利用Matlab／Sirnulink工具建立了电

2、动助力转向系统中的转向轴动力学、齿条动力学和助力电机数学模型，并建立了助力特性曲线，进行了无助力、有助力以及PID控制助力的仿真计算，经过对比分析，证明该PID控制机理能够较准确控制助力大小，效果良好。本文重点设计并开发了电动助力转向系统的控制器硬件及控制软件。硬件设计方面主要包括：选取了飞思卡尔MC9S12系列单片机作为EPS系统CPU，设计了单片机最小系统电路(包括时钟电路、滤波电路、电源电路、复位电路等)；采用LM2576芯片设计了稳压电源电路；方向盘转矩传感器信号和车速信号调理电路、助力电机驱

3、动电路以及通信电路等。助力电机驱动电路由电机专用驱动芯片TD340驱动；通信电路主要由串口通信和CAN总线通信组成，实现与PC机和整车通信；控制软件方面主要编写了单片机的A／D转换程序、PWM模块和脉冲捕捉模块程序以及相关寄存器配置方法。利用LabVIEW软件设计了EPS的上位机监控程序，实现了控制器与计算机之间的通信，可以方便地对相关实验数据进行数据显示、图形绘制、数据保存和动态比较，完成数据采集的全自动过程。为了验证控制器硬件和软件的可靠性，在试验台架上进行了实验研究，主要包括无助力与有助力对比、

4、转矩对电流影响、车速对电流影响、方向盘回正控制等试验，结果表明，控制器硬件部分性能良好、工作稳定可靠；软件控制效果较好，助力特性符合设计要求。转向系统稳定性较好，同时方向盘上无明显抖动，手感良好，为下一步的装车试验做好了准备。关键词：汽车工程；电动助力转向系统；电子控制器；数据采集钱学武：汽车电动助力转向控制系统设计与开发IIIAbstractEnvironmentalprotectionandenergysaving，adjustabledynamicalcharacteristicsandsecu

5、rity,andSOon,itshasbeenresearchedin．oneofthekeyresearchprojectsbymanyautomobileenterprisesandresearchinstitutes，besides，electroniccontrollerhardwareandsoRwaredevelopmentisoneofthecoretechnicalofits．Firstly,allkindscharacteristicsofsteeringsystemwereanal

6、ysedinthispaper,electricpowersteeringsystemStnlCtureanddynamicsmodelweremainlyresearched，andproposedcontrolstrategybaseonPID，steeringshaftdynamics，rackdynamicsandmotormathematicalmodeloftheelectricpowersteeringsystemwereestablishedbyusingMatlab／Simulink

7、toolbox，andestablishedthedynamicalcharacteristicscurve，atthesalnetime，nopower,havepowerandPIDcontrolpowerweresimulatedandanalysed，throughthecontrastandanalysis，thePIDcontrolmechanismCanaccuratelycontrolpowersize，andhavegoodcontroleffect．Inthispaper,cont

8、rollerhardwareandsoRwareofelectricpowersteeringsystemaremainlydesignedanddeveloped．Hardwaredesignmainlyincludes：selectingthefreescaleMC9S12seriesmicrocontrollerasEPSsystemCPU，designthesmallestCPUsystemcnuit(includingclockcircuit，