汽车线控转向控制器的开发研究

论文摘要

汽车线控转向系统融合了先进的电子技术、信息技术、控制技术,是一种全新概念的转向系统。它取消转向盘和转向车轮之间的机械连接,完全摆脱了传统转向系统的各种约束限制,给汽车转向特性带来很大的设计空间。由于它的角传递和力传递都是通过传感器和控制器完成的,控制器的工作稳定性和工作可靠性是线控转向系统最需要解决的关键问题。本文针对线控转向控制系统的性能和系统设计进行了研究,分析了线控转向系统匹配设计的特点及方法,并对系统参数、各传感器参数、电机功率及减速机构的减速比进行了匹配设计。采用脉宽调制波控制功率输出电机——前轮转向电机、路感电机,进行闭环模糊PID调节。尝试设计了模糊PID控制器,通过在线实时地对PID的三个参数进行整定,改善控制系统的动态效果和鲁棒性。本文以Philips公司的高速单片机芯片P89C591和芯片P87LPCC778为核心开发系统控制器,由逻辑控制电路和功率驱动电路组成。控制器拥有传感器信号的采集电路、三相全桥式驱动电路、故障报警电路,同时具备故障自动诊断功能。丰富的硬件资源为以后的功能扩展和升级提供了空间。在开发控制器硬件的基础上,采用单片机C语言开发线控转向系统的控制程序,利用中断程序实施对系统状态信息的采集,实现前轮转向电机的实时控制。经验证,该线控转向控制器实现了所有的设计功能,具有良好的控制性能和稳定性。为线控转向系统的进一步研究开发奠定了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车转向系统发展概述
• 1.2 汽车线控转向系统发展与研究现状
• 1.2.1 国外线控转向系统的发展概况
• 1.2.2 国内线控转向系统也有所发展
• 1.3 线控转向技术存在的问题及前景
• 1.3.1 稳定可靠及安全性
• 1.3.2 模拟“路感”
• 1.3.3 传感器的精度和成本
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 线控转向系统结构及匹配
• 2.1 线控转向系统
• 2.1.1 线控转向系统的的结构
• 2.1.2 线控转向系统的性能特点
• 2.1.3 线控转向系统的工作原理
• 2.1.4 线控转向系统的容错技术
• 2.2 直流电机匹配
• 2.2.1 电机的选择
• 2.2.2 永磁无刷直流电机工作原理
• 2.2.3 电机目标转矩的确定
• 2.2.4 电机功率及减速机构
• 2.3 传感器的匹配设计
• 2.3.1 车速传感器
• 2.3.2 光电编码器原理
• 2.3.3 扭矩传感器原理
• 2.3.4 闭环霍尔电流传感器
• 2.4 小结
• 第三章 线控转向系统电机控制
• 3.1 直流电机调速原理
• 3.2 线控转向系统策略
• 3.2.1 PID 控制
• 3.2.2 模糊控制的基本原理
• 3.2.3 模糊自适应 PID 控制
• 3.3 小结
• 第四章 线控转向系统控制器硬件设计
• 4.1 控制器功能和设计方法
• 4.2 控制模块电路实现
• 4.2.1 单片机系统
• 4.2.2 电源模块
• 4.2.3 转向盘转角信号处理电路
• 4.2.4 扭矩信号处理电路
• 4.2.5 继电器控制电路
• 4.2.6 电流信号处理
• 4.2.7 状态指示电路
• 4.3 电机驱动电路
• 4.3.1 开关管的选择
• 4.3.2 MOS 管保护电路设计
• 4.3.3 驱动芯片的选择
• 4.3.4 驱动电路设计
• 4.4 故障处理单元
• 4.5 系统的抗干扰技术
• 4.6 小结
• 第五章 线控转向控制系统软件设计
• 5.1 软件系统总体结构
• 5.2 初始化程序模块
• 5.2.1 A/D 初始化
• 5.2.2 PWM 初始化
• 5.2.3 UART 串口初始化
• 5.3 电机控制程序
• 5.3.1 电机正、反转控制
• 5.3.2 电机转速调控模块
• 5.4 数字滤波程序设计
• 5.5 数据通信模块
• 5.6 中断模块
• 5.7 小结
• 全文总结及展望
• 参考文献
• 致谢