电动助力转向系统的研究与设计说明.docx

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1、/（看格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体X七理工学院毕业设计（论文）M式的：字体：（默认楷体，（中文）楷体一/4带格式的：字”5认）楷体，（中文）楷体,电动助力转向至组的研筮与选计一,摘，爰带格式的：字体：（武认）楮体，（中文）精体 带格式的：,，体：（玳认）精体,（中文）精体 带格式的：一体：饿认）.啰体,（中文1榜市 带格式的：一体：7bJ净体，（中文）格市 一格式的：）体：（院认）楷体，（中文）桥体 带格式的：一体（默认）精体，（中丈）椭床 一格式的：字体：（覆认）精体，（中文）桥体 带格式的：一体：J默认）精体，（中文）精而 jr式的：字体：一旋a）,而东一行；齿一互诵带格式的：

2、一体：侬认）楷体.（中文）恬m 带格式的：字体：（我认楷体,（中文）楷体 一格式的：宁体：（过认）精体，（中文）精体 带备五瓦字体：颂认厂正（中石桥体 格式的：）体：COBJ楷体.（中文）桥体 带格式的：不体：（默认）精体，（中文）格加 带格式的：一体：（默认）楷体,（中文I精庐，电动助力转向系线（EleCtriCPowerSteeringSySte叫简称PS）,是汽车工程领域的热门课题之一。本文在研究了电动助力转向系统工作原理的基础上，设计开发了.EPS,的电子控制单元ECU（EIeCtroniCControlUnit）的硬件电路和相应的控制软件框图。带格式的:字体：（默认）楷体,（中文）体

3、,本文详细分析了电动助力转向系统电子控制单元的功能,研究开发了以%52带格式的：.，我认楷体，（中文）精体带格式的:字体：（默认）楷体,（中文）楷体导片机为微处理器的电子控制单元。控制单元具有实时数据信号采集和系统控制/带格式的:字体：（默认）楷体，（中文）带体）功能，根据采集的数据信号，确定电动机输出的目标电流，利用PwM脉宽调制技/格式的：字体：（个认）偌体，（中文）楷体带格式的:字体：（一）一体,（中文）椭体术，通过尸椅式电路控制电动机的输出电流和转动方向，实现助力转向功能。，式的：式体：（默认）楷体，（中文）楷体带格式的:字体：（玳认）精体:（中文）椭体修研制了实脸用fcu,装置后，开

4、发了相应的控制软件。控制软件分为控制策士Tm式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体5J格式的：一体：（我认）楷体.（中丈希底略的实现和数据信号采集与分析两部分。整个软件系统采用了模块化的设计思想。带格式的：字体：（默认）楮体，（中文）楷体在数据信号采集与控制部分，设计了系统主程序、A/D,采集程序、车速信号采集程序和PwM提制程序。，,本文所设计的E的电子控制单元性能稳定，结构合理，与整车匹配性能好，可保证EPS,实现良好的转向助力效果。，乙带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）格体帝格式的：字体：（成认）楮体，（中文）楷体、带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体带格式的：字体：（默认）僧

5、体，（中文）带体带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）带体带格式的：字体：（默认）榜体，（中文）带体带格式的：字体：（蚁认）楷体，（中文）楷体带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）梏体1带格式的：字体：（成认）楮体，（中文）精体带格式的：字体：（我认）精体,（中文）楷体带格式的：字体：（默认）楮体，（中文）楷体带格式的：字体：（玳认）精体，（中文）精体带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）带体带格式的：字体：（吃认）楷体，（中文）梢体带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体带格式的：字体：（跋认）楮体，（中文）带体带格式的：字叫！默认）楮体，（中文）

6、楷体带格式的：7体：（默认）精体,（中文）精体 ,关键词：电动助力转包电子控制单元，单片机，控制策唯ElectronicpowersteeringsystemResearchandDesignABSTRACTElectricPowerSteeringSystem(EPS)isoneofthefocusesresearchinautomotiveengineering.ThispaperisbasedontheprinciplesofEPStostudytheoperation,designedanddevelopedtheElectronicControlUnit(EClI)andthesof

7、twarediagramoftheECU.ThethesisConsidersthefunctionsoftheelectroniccontrolunitofEPS,studiedanddevelopedthehardwarethatadopted89c51asitsmicroprocessor.ThecontrolunitwasabletoreaIizereal-timedata/signalacquisitionandsystemcontrol.Thetargetcurrentofmotoroutputcouldbedeterminedbytheobtaineddata;andutiliz

8、ingthePulse-WidthModulation(PWM)technology,powercouldbeprovidedtothesteeringsystembycontrolIingtheoutputcurrentandrotationdirectionthroughH-bridgecircuit.Thesoftwareprogram,whichwasdividedintothereaIizationofcontroIstrategyandtheacquisition&controIofdata/signal,wasdevelopedinmodularafterthedesignofe

9、xperimentaIECUwascompleted.Andthemainprogram,A/Dacquisitionprogram,speedsignalacquisitionprogramandPWMcontrolprogramaredevelopedinthesecondpart.TheresultshowedthattheelectroniccontrolUnitdesignedwaswithstableperformance,appropriatestructureandexcellentmatchingcondition,andtheexcellentpowersteeringef

10、fectcouldbeensuredbyEPS.Kywords：ElectricPowerSteeringSystem(EPS)ElectronicControlUnitSingIe-ChipMiCroprocessorControIStrategy目录带格式的：鬲正（默认）楷体,（中文）楷体-j带格式的:字体：（默认）精体，（中文）梢体j前言带格式的：字体：（默认）楮体，（中文）楷体）第1章绪论221.1 汽车电动助力转向系统的特点221.2 电动助力转向系统国内外的研究现状好1.3 EPS的发展趋势和急待解决的核心技术51.4 本课题研究的目的与意义16第2章电动助力转向系统方案确定与工作

11、原理72.1电动助力转向系统的工作原理包92.1.1电动助力转向系统的组成和工作原理IO2.1.2电动助力转向系统的分类12442.1.3电动助力转向系统的技术要求1442.2 电动助力转向系统的数学模型”短1. 2.1转向盘和转向柱输入轴子模型16M2. 2.2电动机模型17+43. 2.3输出轴子模型19U4. 2.4齿轮齿条子模型19U2.3 电动助力转向系统的主要部分21口2. 3.1转矩传感器22W3. 3.2车速传感器234V4. 3.3直流电动机25205. 3.4电磁离合器2624-2. 3.5减速机构27222.3.6赴子控制单元ECU282第3章电动助力转向系统的硬件设计缪

12、43. 1电子动力转向系统控制器的总体结构之243. 2控制器微处理芯片的选择以263.2. 1控制器微处理器常用芯片与选型31263. 2.289C52芯片与A/D转换芯片介绍支263. 2.389052外部总线扩展与片外ROM的连接3423.3控制器输入通道的设计38303. 3.1转矩信号的采集38304. 3.2电动机电流信号的采集3934-5. 3.3车速信号的采集42333.4控制器输出通道的设计43341.1.1 4.1电动机的PWM控制43341.1.2 电磁离合器和显示控制电路的设计4931.1.3 电动机保护电路与继电器驱动电路设计51402. 5系统供电电源电路设计524

13、4-3. 6系统硬件抗干扰措施5442第4章电动助力转向系统的软件设计红454. 1EPS的控制策略57454. 1.1EPS的PlD控制57454.2电子动力转向系统各功能模块的软件设计614g4. 2.1A/D采集程序6149带格式的：.工体：（认）华文中宋，（中文）华文中4.2.2 PWM控制程序63504.2.3 车速信号采集程序经X4.2.4 系统主程序695J结论7055翔辞726参考文献在界附录7459带格式的:字体：（默认）楷体，（中文），体 外文资料翻译8464带格式的：4体（蚁认）精体，（中文）楷体 带格式的：7体：微Uj体体.（中文）体体. 帝格式的：子体：（武认）楮体，

14、（中文）精 带格式的：字体 前石丽及（中文）花体一 Im式的：字体：默认）楷体，（中文）楷体 m式的：字体：（默认）梢体，（中文）楷体 带格式的：7体：（的认）体体,（中文）桥体. m式的：字体：（默认）精体，（中文）楷体 稽格式的：字体：（成认）楷体，（中文）楷体 带格式的：工体：口认）体体,（中文）体体” 带格式的：7体：饿认）体体,（中文）体体- 带格式的：工时：（我认）楮体，（中文）精正 帝就的：字体：（默认）楷体,（中文）楷体 帝格式的：字体：（默认楷体，（中文）楮体 W成的：字体：（我认楷体,（中文）楷体 Im犬的：字体：（默认）楮体，（中文）楷体 帝式的：，默认）梢体，（中文）楷

15、体标格式的：:.”、/一本.：I/帝格式的：字体：（默认精体，（中文）楷体r$格式的:字体：（默认）楷体.（中文）楷体一步改善电动机的性能是下一步努力的一个主要方向。电动机本身的性能与其与包动助力转向系统的匹配都将影响到转向操纵力、转向、路感等问带格式的：字体（默认）一体，（中文）楷体题。概括地说，今后电动助力转向技术的发展方向主要为二改进控制系统的带格式的：字体：（认），体，（中文）格体一性能、提高系统可靠性和降低控制系统的制造成本。只有进一步改进控制,带格式的：一体：（默认）精体，（中文）格体）系统的性能，才能满足更高档车的使用要求。另外，EPS的控制信号将不，带格式的亨瓦威33.楷体J司

16、有福L再仅仅依靠车速、扭矩和方向盘转角，还包括转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向,一格式的：字体：（默认）精体，（中文）精体和路感O未来的fPS,将向电子四轮转向的方向发展，并与通过总线技术电带格式的：字体：（然认）精体,（中文）椭体带格式的：字体：（尊认）精体，（中文）精正一带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体，彳,格式的：字体：（默认）楷体,（中文）楙体一带格式的：了体：（默认）情体，（中文）格体 带格式的：字悻：RJ7，人 （中文）楷底子悬架、发动机电子控制等一起统一协调控制汽车的运动。随着电子技术的发展，今后有可能取消转向系统

17、的机械部分而采用所谓的线控转向系统。这将是EPS的未来J0,年的发展方向。带格式的:字体：（默认）楷体,（中文）郴体对于我国来说，由于在这方面和国外的差距很大，所以在今后相当长/的一段时间内，仍须集中精力解决传感器、电机、和电子控制器方面的研带格式的:字体：（默认）楷体，（中文），体）究工作。-1.4 本黑题研究的目的与会义带格式的:噂体：f默认）精体，（中文）格体 帝格式的：字:体：（）认）精体.（中文）桥体 带格式的:字体：BS精体，（中文）而 带格式的：丁体.须认）带& ；R G怙化 带格式的：字体，跋壮体，：ILk）带体 帝格格式：字体：（默认）精体,（中文）楷体 带格式的：川木：段的

18、）楷体，（中型JE 带格式的：字体：映LO椅体,（中丈）桥体 带格式的：字体：（默认）体，（中文）楷体 带格式的:噂体：母i/精体，（中文）丽 用格式的：?字：然:认）楷体,（中文）桥体 带格式的：/体：（默H精体，（中文）丽 带格式的：字体：族认）楷体, 3；行桥体 带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体 而B 字记限*丁丽（中文）精体 带格式的：，.体：徽认）字体，（中文）精体 带格式的：.,-l. ： I.有燧丽二百示7楷体，（中文）楷体 带格式的:吊碗 侬豆精体（中丈）巫 常格式的：/体：（找UJ楷体.（中文）桥体 带格式的:3体：（默7精体，（中文）麻 格式的：个体：（默认）恬体

19、.（中文）桥体 帝格式的:t性：戏认）楷体,I文）而 带格式的：j. 小竹体，；中Q怙伟 事格格的：字体：默认）楷体，（中文）楷体 带格式的：字体：（欣认）体，（中文）梢体范生电子兹力投包二丝二直存在着,轻;二与灵”的矛盾，即汽车低速时需要,轻的转向力，高速时需要氏二的转向效果。同时，转向力与路感也相互制约O，叱本课题将通过合适的综合控制方法，设计合适的控制系统，以提高汽车转向系统的操纵稳定性和路感，并为以后的深入研究,EPS,的工作打下良好的基础。从中汽转向专业委员会第十一届学术年会传来的信息表明电动转向是现代汽车转向系统发展的必然趋势。因此我们必须大力对电动转向技术进行研究。本文所进行的工

20、作正是在这一时代背景下展开的。通过查阅国内外的文献，本文详细介绍了国冉外的电动转向系统的发展现状、硬件系统、控制系统并通过仿真提出了一条可供进一步研究的控制策略。,第2章 电动助力转向系统方案确定与工作原理,系统总体方案的确定，是进行系统设计最重要、最关键的一步,直推带格式的：一体：（除认）精体,（中文）精底一带格式的：了体：（默认）精体，（中文）精体 帚格式的：工体：（我认）整体,（中文）体记 带格式的：T体：俄认）精体，（中文）带而 带格式的：7体：饿认）体体,（中文）体体- 带格式的：T体：（默认）情体，（中丈）本市 带格式的：力忙（物认）精体,（中文）还 带格式的：工体：用认）偌体，i

21、中7楷加 带格式的：/体：世认）梢体.（中一）本正 带格式的：，FEn壮体，：H。出作 带格式的：河：段认）耕（太（中制本体 带格式的：工体：（的认）体体，（中文）体体. 带格式的：字体：（默认精体，（中文）楷体 带格式的：j体：，Ts产体,；吊工：*侔 带格式的：了体：（丽3精体，中丈）格加 带格式的：7体：（的认）体体.（中文）体体- 带格式的：7体：！默认！精体，（中文）椭记 带格式的：7体：徽认）体体,（中文）桥体一 带格式的：工体：（我认）体体,（中文）体而1带格式的：体：（默汉）楷体，（中文）带区一带格式的：学禄（钦次幅体，（中文）体体j带格式的：个体：（我认）精体,（中文）带体带

22、格式的：了体：（默认）体体，（中文）梢体带格式的：，体（的认）楷体,（中文）精正一带格式的：字体：（我认）体体，（中文）楷体!帝格式的：个体：（战认）体体,（中文）椭体j影响到整个控制系统的性能、安全运行等因素的参数选定，使设计能够有序、正确的进行。为更好的拟定一份准确、可靠的总体方案，可以采用“多选一”的形式。,上第一方案：A此方案以0c552,作微处理器。如图2-1,所示。S0c552,单片机是由Philjps,公司生产的一款功能非常强大的NCS-51,系列兼容机。除了提供80C552,的全部功能外，还提供了大量的硬件资源，引入了许多新的功能，是专为仪表控制、工业过程控制、汽车发动机与传动

23、控制等实时应用场合而设计的高性能单片机。但是由于80C552,没有片内程序存贮器，系统需对程序存储器进行外部扩展。，周2-1,电动助力转向系统的方案框胤第三方莹:此方案是由,89c52作为微控制器，如图,2-2,所示。以扭矩传感器、车速传感器、发动机电流传感器的输出信号作为输入信号，并经放大电路、ADCO808.转换器转换送到9c52.单片机，再由9c52,对输出电路进行分时控制，从而保证系统正常运行。与0c5521目比，9c52,不需对程序存储器进行外部犷展。A带格式的：字体：（默认）华文中宏,（中文）华文中带格式的：字体：（跋认）精体，（中文）带体带格式的：字体：（默认）精体,（中文）椭体

24、，格式的：力忙（覆认）精体.（中文）桥体带格式的：,字体：（其见精裳匹丈）精体带格式的：川忙（城认）相体.（中文）揩体带格式的：宁时：（默认）楷体，（中西精体稚格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体带格式的：-，我认）楮体，（中文）楷体带格式的：字体：（我认）精体,（中文）楷体，格式的：字:体：（城认）精体.（中文）桥体带格式的：认：（默认）精体，（中文）格体带格式的：号体：（意认）秸体,（中文）桥体带格式的：字体：（映认）情体，（中丈）格体带格式的：）体：（覆认）精体中文）桥体带格式的：Z抄：！默认）精体，（中文）格体带格式的：个体：（默认）相体.（中丈）桥体犬的：字体：（默认）楷体，（中

25、文）楷体带格式的：字体：（我认楷体,（中文）楷体带格式的：字体：（默认）楷体,（中乜带体带格式的：/体：（XfyJ附机向文）一桥体，格式的：号体：（覆认）楷体（中文）裾体带格式的：号体：（默认）精体,（中文）格体带格式的：了体：（谟认）楷体.出；文）一桥体，格式的：字他：（默认）楷体，（中文）精体 带格式的：字体：（默认7相体,而文）相体 明式的：字体：默认）楷体，（中文）楷体 带格式的： 世认）梢体，（中文）楷体 用格式的：字体：（默认）楮体，（中文）楷体计方案。带格式的：字体：（我认）精体,（中文）精体 周2-2,电动助力转向系蜕的方案框讯一方案一相比，此方案的特点是以实际使用性能为出发点

26、，比较方案一来说更节省系统内存空间，在使用中有较强的随机应变能力。根据上述种种分析得出，方案二为本设计中的最佳方案。故本设计中选方案二为设”内的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体 带格式的：字体：，TQ槽体；H。*侔 带格式的：N冰：（默行 情体，（中文）前 带格式的：个体：（覆认）楷体,（中文）I海 带格式的:一体：（默33”精体，（中文）而2.1电动动力转向系统的工作原理2.1.1,埋动助力转向系统的组成和工作原理，电动助力转向系统是利用电机作为助力源，根据转矩参数和车速信号,由电子控制装置来执行助力控制的。典型的电动助力转向系统的组成如图2-3 /带格式的：字体：（默认体，（中文）楷体

27、! 至3，格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体帝格式的：学体：（默认）精体，（中文）梢体 丫带格式的：字体：（戕认）楷体.（中文）带体一 IJIt格式的三个体：（毡认）恬体，（中文）精体 帝格式的：）体：（默认）楷体，（中文）。体、，修犬的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体 j乂上格式的:了体：（独认）楷体，（中文）格标一Tm式的：字体：（默认）梢体，（中文）楷体带格式的：字体：（体认）精体,（中文）精体01修我的：字体：3认）精体，（中文）精体施拖式的:工底：（默认）情体，（中文）梢体j2-3.电动助力转向系统的组成.,从图上可以看出，所谓的EPS,系统就是在原机械转向系统的基础上，增加

28、了车速传感器、转矩转角传感器、电子控制器、直流电动机与其传动机构，直接利用直流电动机驱动转向轴提供助力转矩。转矩转角传感器测量转矩与方向盘转角大小并和车速信号一起送入电子控制器。控制器根据得到的信号判断是否助力以与助力的方向。若需要助力，则依照既定的控制策略计算电机助力转矩的大小并输出相应控制信号给驱动电路。后者提供相应的电压或者电流给电动机。电动机榆出的转矩通过传动机构驱动转向轴转动从而实现助力作用。“带格式的:字体：（默认）精体，（中文），体）,当汽车点火后，方向盘转动时,装在转向盘输入轴上的转矩传感器不带格式的：字体：（默汉）梏体,（中文）带体 带格式的:字体：（默认）楷体,（中文）体）

29、断的测出转向轴上转向力矩，该信号与车速信号同时榆入给控制器ECU2带格式的：字体：（默认）精体，（中文）楷体一控制器根据输入的这些信号，依据相应的控制策略，确定助力的大小和方向，即确定电动机的电流大小和方向，调整转向助力的大小。电动机的输出转矩经电磁离合器通过减速机构进行减速转矩后，施加给转向杆输出轴,并经过齿轮齿条等转向机构的作用，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。2.1.2宓效助力转向系经电仓基,电动劭力转向系统按照其转向助力机构结构和位置的不同，可分为转带格式的：字体：（或认）物体，（中文）楷记 带格式的：丁体：饿认）精体,（中文）精市 常格式的：字体：（默认）精体，（中文）楷正

30、带格式的：一体：（默认）精体,（中文）格体）带格式的：字体：（一认）一体,（中文）精体J向轴助力式、转向轴小齿轮助力式和齿条助力式三种形式。二带格式的：7体：（默认）精体，（中文）楷体Ij.一格式的：字体：（玳认）精体,（中文）一一）1:向柱助力人（COIUmn-assistTyPe）带格式的:字体：（默认）精体，（中文）楷体j带格式的：字体：（一认）精体,（中文）精体）匕时电动机、减速器直接与转向柱相连。它可安装在转向柱上的任意/合适位置，一般提供蜗轮蜗杆机构来实现减速和变向。工作环境好，电机的输出力矩比较小，是一种目前常见的助力形式。由于各部件相对独立，因此维修方便。设计时也有很大的灵活性

31、。但是电机输出力矩的波动容易传递到方向盘上。如果电动机的安装住置和驾驶员的乘坐位置很近的话,必须考虑对电动机噪声的抑制。，一乂带格式的：字体：（默认）精体,（中文）树体_x/带格式的：乎体：（默认）楷体,（中文）精体2小齿轮助力式Pinion-assistTyPe)t格式的：了体：（默认）楮体，（中文）楷体,这也是一种目前较为常见的助力形式，此时电动机、减速器直接与转带格式的：，体：（欣认）精体.（中文）精体_x带格式的：，体：（玳认）式体,（中文）精体带格式的：工体：（成认）楷体，（中文）精体I向小齿轮相连。它具有转向柱助力式1PS,的全部优点，并且还可在现有的机械转向器上直接设计，而不用改

32、变转向柱的结构。因此本设计采用此种助力方式。带格式的：字体：（默认）精体，（中文）梢体J/带格式的：字体：（默认）梢体，（中文）文体!带格式的：拉体：（默认）楷体,（中文）楷体3：，齿条助力式.(RaCk-assistType),电动机的电枢通过传动机构与齿条直接相连，传动机构将电枢的转乂带格式的：字体：（默认）楷体，（中文）楷体)带格式的：一体：（默认）式体,（中文）格体带格式的：字体：（默认）式体,（中文）梢体动变为平动从而实现助力。作为最初应用的,EPS,这种助力形式的优点是结构紧凑，不受安装位置:的限制，可以提供较大的助力力矩，电机的力矩波动不易传递到方向盘上。短点是结构复杂，价格昂贵，工作环境差，要求密封好，要求电动机的椅出力矩比较大，并且一旦某一部件出现故障，带格式的:字体：（默认）精体，（中文）楷体）必须拆下整个转向齿条部件，因此维修不方便。./2.1.3,电动助力转向系统的技术要求，,对转向系统的要求，主要可以概括为转向的灵敏性和操纵的稳定性。JJ格式的：7体：（与汉）楷体，（中文）标标一带格式的：字体：（我认）精体，（中文）标袜-1带格