汽車智能助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘    要

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering System,簡稱EPS），是繼液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后出現(xiàn)的一種新型動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，它不僅能節(jié)約能量，提高安全性，且環(huán)保性更好，使一項(xiàng)緊扣現(xiàn)代汽車發(fā)展主體的高新技術(shù)，是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
本課題充分利用了汽車工程、自動(dòng)控制理論、機(jī)電一體化和嵌入式系統(tǒng)等多學(xué)科知識，從總體方案與軟、硬件控制方法兩方面對電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了一定的細(xì)致研究。論文首先對系統(tǒng)需求進(jìn)行分析，制定EPS系統(tǒng)總體方案，接著進(jìn)行系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的繼承控制電路，主要功能包括：傳感器信號的實(shí)時(shí)采集，助力扭矩的PWM控制，H橋電路驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)以及離合器控制等；軟件系統(tǒng)的編制遵循模塊化設(shè)計(jì)思想，采用C51計(jì)算機(jī)語言開發(fā)，主要功能模塊包括：數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波、電動(dòng)機(jī)PID閉環(huán)控制、目標(biāo)電流計(jì)算等。

關(guān)鍵詞：汽車，EPS，控制系統(tǒng)，PID

ABSTRACT

Electric Power Steering System (EPS) is a new type steering system, which can save energy, improve vehicle safely, and benefit environment protection. It’s a new-high-tech that follows modem vehicle development topic closely. EPS is much superior to hydraulic power steering system. It will be the inevitable developing direction for auto mobile power steering.
This paper fully shows the characteristic that combination of automobile engineering, electromechanic engineering and embedded system. From the general planning and the control methods of software and hardware were developed. The hardware was an integration control circuit, the fuction of which including: signals collection, low band fliter, PWM signal output, H-Bridge circuit, clutch control and etc. And then, The software system includes the data processing, digital filter, PID algorithm routine, target current computation and etc. For improving the EPS performance, the non-linear control curve was realized in the software system.

Key words：Vehicle, EPS, Control System, PID

目   錄

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒論 1
  1.1 論文課題背景及研究意義 1
  1.2 關(guān)于現(xiàn)代控制技術(shù) 1
    1.2.1現(xiàn)代控制技術(shù)概述 1
1.2.2 現(xiàn)代控制技術(shù)中的基本概念 1
  1.3 關(guān)于汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS） 2
     1.3.1 EPS與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對比分析 3
     1.3.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn) 4
     1.3.3 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5
  1.4 課題關(guān)鍵技術(shù)和主要研究內(nèi)容 5
 2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本原理及控制策略 7
    2.1  電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類及基本組成 7
    2.2  電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 10
    2.3  EPS轉(zhuǎn)向助力特性研究與分析 10
     2.3.1 轉(zhuǎn)向阻力與“路感” 10
     2.3.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性概念 10
      2.3.3 EPS轉(zhuǎn)向助力特性研究 11
   2.4 EPS控制策略研究 13
   2.5 EPS中直流電動(dòng)機(jī)的控制原理 15
 2.5.1直流電動(dòng)機(jī)等效電路分析 15
 2.5.2 PWM調(diào)壓調(diào)速原理 15
 2.6 EPS控制算法研究 16
 2.6.1控制算法的選擇 16
 2.6.2 PID控制算法 17
 3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 19
 3.1 EPS的需求分析 19
 3.2 EPS硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 19
       3.2.1 機(jī)械執(zhí)行部件 19
      3.2.2 信號采集部分 21
      3.2.3 集成控制電路 21
 3.3 EPS軟件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 21
 4控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)具體設(shè)計(jì) 23
 4.1 系統(tǒng)機(jī)械執(zhí)行部件與傳感器 23
 4.2集成控制電路的總體結(jié)構(gòu) 24
 4.3輸入模塊設(shè)計(jì) 25
 4.4處理器模塊 28
   4.4.1 單片機(jī)的選擇 29
     4.4.2 復(fù)位電路 29
     4.4.3 晶振電路 29
 4.5執(zhí)行控制模塊 30
 5軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30
 5.1軟件模塊化設(shè)計(jì) 32
 5.2軟件系統(tǒng)流程分析 32
 5.3單片機(jī)軟件系統(tǒng)初始化 32
   5.3.1 單片機(jī)系統(tǒng)特性配置 32
     5.3.2 功能模塊初始化設(shè)置 35
 5.4 信號采集 36
     5.4.1系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換流程分析 36
     5.4.2 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果標(biāo)定 37
 5.5 PID控制算法的軟件實(shí)現(xiàn) 38
 5.6 電動(dòng)機(jī)控制的軟件實(shí)現(xiàn) 39
     5.6.1 PWM輸出模塊 40
     5.6.2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制 40
6 結(jié)論 41
致謝 42
參考文獻(xiàn) 43