基于电流跟踪控制的转向柱型电动助力转向研究

论文摘要

电动助力转向是继电-液助力转向之后第4代智能汽车动力转向技术,通过实时感应驾驶员操舵转矩和汽车行驶速度,可以动态调整提供转向助力的电机工作状态。其符合了现代汽车对低碳环保、安全节能的要求,体现了未来汽车模块化、智能化、简约化的设计理念,发展前景广阔。本文选用转向柱型电动助力转向系统（C-EPS）作为研究对象,针对C-EPS电机实际输出的助力转矩值与目标输出助力转矩值存在偏差的问题,提出了基于模糊PID的助力电机目标电流跟踪控制策略,与常规PID控制策略相比较,取得了良好的跟踪效果。本文通过对C-EPS的结构和受力进行分析,同时结合车辆动力学特性,在SIMULINK中建立了由驾驶员模块、机械转向系模块、扭矩传感器模块、助力电机模块、电控单元模块构成的C-EPS简化模型。在基于模糊PID电机目标电流跟踪控制策略基础上,着重从转向轻便性和转向“路感”两个方面对C-EPS性能进行仿真分析。另外,采取的电流补偿阻尼控制策略有效抑制了不平路面对方向盘造成的冲击干扰。本文还使用MATLAB图形用户界面工具箱,结合C-EPS的SIMULINK模型,编写了一套简单的仿真系统,使C-EPS仿真模型有一个很直观的展示,在人机交互仿真方面做了一些尝试。为实现C-EPS硬件试验环境,设计了电控单元模块。采用TMS320F2812高性能DSP作为系统的主控芯片,其中对系统的模数采样部分和系统试验台串行通信部分进行了详细设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车转向系统概述
• 1.1.1 汽车转向系统发展历程
• 1.1.2 电动助力转向原理简介
• 1.2 电动助力转向技术国内外研究发展现状
• 1.2.1 EPS 国外研究发展现状
• 1.2.2 EPS 国内研究发展现状
• 1.3 本课题的研究意义
• 1.4 课题完成工作及论文的结构安排
• 第2章 C-EPS 系统模型研究
• 2.1 C-EPS 转向器结构总成
• 2.2 C-EPS 系统牛顿力学分析
• 2.2.1 C-EPS 系统转向阻力矩
• 2.2.2 C-EPS 系统输入力矩与“路感”
• 2.3 C-EPS 系统助力特性曲线
• 2.4 C-EPS 系统模型的建立
• 2.4.1 C-EPS 系统驾驶员模型
• 2.4.2 C-EPS 系统机械转向系模型
• 2.4.3 C-EPS 系统助力电机模型
• 2.4.4 C-EPS 系统电控单元模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 C-EPS 系统控制策略及仿真分析
• 3.1 电流跟踪模糊PID 控制设计与仿真
• 3.1.1 电机电流模糊PID 控制器模型建立
• 3.1.2 电机电流模糊PID 控制器仿真
• 3.2 C-EPS 常规助力控制仿真
• 3.2.1 转向轻便性仿真分析
• 3.2.2 转向“路感“仿真分析
• 3.3 电机电流阻尼补偿仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 C-EPS 仿真系统图形用户界面设计
• 4.1 GUI 界面与SIMULINK 模型参数传递
• 4.1.1 MATLAB GUI 概述
• 4.1.2 GUI 参数传递
• 4.2 助力电机电流跟踪界面
• 4.3 C-EPS 常规助力仿真界面
• 4.3.1 转向轻便性界面
• 4.3.2 转向“路感”界面
• 4.4 C-EPS 电机电流补偿控制仿真界面
• 4.5 本章小结
• 第5章 C-EPS 系统电控单元设计
• 5.1 电控单元最小系统设计
• 5.1.1 系统供电与复位电路设计
• 5.1.2 时钟与JTAG 仿真接口电路设计
• 5.1.3 外扩存储器电路设计
• 5.2 电控单元串口通信设计
• 5.2.1 串口通信硬件设计
• 5.2.2 串口通信软件设计
• 5.3 电控单元模数转换接口设计
• 5.3.1 电机反馈电流采集电路设计
• 5.3.2 电机反馈电流采集软件设计
• 5.4 GPIO 外围电路设计
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介