全地形車電動助力轉(zhuǎn)向特性及控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)是近年來興起的一種新型動力轉(zhuǎn)向裝置，與液壓轉(zhuǎn)向助力裝置相比較，由于其具有環(huán)保、節(jié)能及安裝、調(diào)試、維修、維護方便等特點，在車輛領域應用越來越廣泛。目前在國內(nèi)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)在中、低端等級轎車車型中得到應用，但是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在全地形車上的應用卻很少見到相關(guān)文獻報道。全地形車在各行各業(yè)中應用也越來越廣泛，因為全地形車行駛的路面往往比較復雜，沙灘、草地、坑洼等路面都使得轉(zhuǎn)向變得十分困難，因此全地形車電動助力轉(zhuǎn)向

2、系統(tǒng)的研究與開發(fā)對于提高駕駛的安全性及舒適性等方面具有一定的理論意義和工程應用價值。
　　為實現(xiàn)全地形車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力功能，需要研究一種適用于全地形車的電動轉(zhuǎn)向助力控制系統(tǒng)，并需解決相關(guān)技術(shù)問題。本文重點解決三個問題，即助力特性曲線問題、硬件設計問題、軟件設計問題。
　　通過對全地形車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性分析、動力學分析，進行數(shù)學模型建立。其建模分析包括建立線性二自由度整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、助力電機模型和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模

3、型。并應用Matlab/Simulink軟件進行了仿真驗證，尤其對全地形車電動轉(zhuǎn)向助力過程中的關(guān)鍵設計步驟進行了更為細致的仿真測試及模型驗證，驗證結(jié)果的分析研究可為后繼全地形車電動助力轉(zhuǎn)向的軟件及硬件設計提供理論基礎和數(shù)據(jù)參考。
　　為了研究全地形車電動助力轉(zhuǎn)向特性，對常見的直線型、折線型和曲線型三種助力曲線進行分析研究，并通過建立手力輸出、車速和電機助力電流三者之間的三維曲線圖，比較三者的優(yōu)劣性能及在電動助力轉(zhuǎn)向控制過程中三者之

4、間的變化關(guān)系。經(jīng)過分析研究，本文建立了復合型的電動轉(zhuǎn)向助力曲線，其特點是既能達到直線型助力的快速響應要求，又能達到曲線型助力平順性的要求，研究表明，復合型全地形車電動助力轉(zhuǎn)向助力曲線設計更加合理。
　　硬件設計是全地形車電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)軟件設計的平臺，硬件設計的目的是為了開發(fā)出適合全地形車電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的硬件電路。在設計中控制芯片選取均能達到-40℃～+125℃溫度范圍的設計要求，符合汽車級電子產(chǎn)品的溫度范圍要求。從吸收

5、電流的性能分析中可知，所設計開發(fā)的全地形車電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的硬件電路從電源吸收的電流數(shù)值小，工作效率高，發(fā)熱量少。硬件設計在為軟件設計提供平臺的同時，對全形車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)與應用具有重要的實用價值。
　　軟件設計過程中對全地形車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略、程序流程及故障診斷等進行了研究。控制策略是保證轉(zhuǎn)向助力過程平順、輕盈，在本文中采用的控制策略為模糊自適應PID控制，設計了全地形車模糊自適應PID控制器，模糊控制的目

6、的是使P、I、D參數(shù)能夠隨著輸入量的變化進行在線修正，研究結(jié)果表明，在全地形車電動助力轉(zhuǎn)向控制方面模糊自適應PID控制較傳統(tǒng)PID控制具有更優(yōu)的性能，使轉(zhuǎn)向控制更加平穩(wěn)、可靠。在確定控制策略后，依據(jù)復合型助力曲線并結(jié)合硬件設計，對本文所研究的內(nèi)容進行軟件程序設計，并通過程序流程的方式體現(xiàn)全地形車電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)軟件設計思想，在軟件設計中給出了全地形車的故障診斷樹及故障診斷表。軟件設計對全形車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)與應用同樣具有重要的

7、實用價值。
　　本文設計研發(fā)的全地形車電動助力轉(zhuǎn)向控制器，在國內(nèi)相關(guān)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)檢測機構(gòu)進行了檢測，從本文第六章可知各項指標均已達到行業(yè)檢測標準。從檢測結(jié)果（檢測曲線或檢測數(shù)據(jù)）分析可知，本文設計研究的全地形車電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)助力曲線平滑，抖動小，檢測數(shù)據(jù)結(jié)果較為理想。從助力曲線中也可知，助力上限電流達到了50A。通過助力電流結(jié)果分析及吸收電流結(jié)果分析，所研究開發(fā)的全地形車電動助力轉(zhuǎn)向控制器發(fā)熱量小，響應速度及跟隨性較好，