基于单片机的电动转向助力系统的设计与实现-开题报告

纸， 明书全套毕业设计均有 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 指导教师姓名 职称 副教授 从事 专业 计算机应用 是否外聘 是 否 题目名称 基于单片机的电动 转向 助力系统的设计与实现 一、课题研究现状、选题目的和意义 (一 )、研究现状 助力转向系统按照提供动力的形式大致可以分为 了纯机械 式 转向系统 （ 称 、液压式 转向系统 （ 称 、电控液压式 转向系统（ 称 、电动助力式 转向系统 （ 称 。 传统的动力转向系统一般采用液压助力， 上个世纪 80 年代开始，人们开始研究电子控制式电动助力转向 。 1988 年 2 月 日本的铃木公司开发出了 电 动助力式转向系统 ， 并装在 上，随后又配备在 上， 摆脱了液压助力转向系统的束缚 。 本田汽车公司首次将 备于大批量生产的 后 雨后春笋般发展起来 ，并将应用范围扩展到大型轿车和客车方面上 。 在 控液压助力转 向 )的基础上发展起来的，其结构简单、零件数量大大减少、可靠性 强，它取消 大量 液压 配件， 只依靠电动机 驱动转向机构，解决了长期以来存在的液压管路泄漏和效率低下的问题。 新一代的 不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子技术的发展， 术日趋完善，并且其成本大幅度降低，为此其应用范围将越来越大。在国外， 经进入批量生产阶段，并成为汽车零部件高新技术产品。由于技术保密，很难获得控制参数，要想实现技术自主创新，还需国人自己钻研。 术同趋完善，其 应用范围已经从最初的微型轿车向更大型轿车和商用轿车方向发展，如新上市的一汽大众速腾等中型轿车已经安装 田甚至还在其 本早期的 来发展的 能在高速行驶时提高汽车的操纵稳定性。正是由于这一系列的优点，在世界汽车行业中， 30万 至 150万套，据美国天合 (司预测，到 2010年，全球范围内电动助力转向器的装车率将超过 30，因此，电动助力转向技术的发展前景是非常广阔的。这也正是全球 各大公司对其青睐的原因。 就相关 研究 资料 所 阐述的 发展趋势来看， 控制信号 除了 依靠车速与扭矩信号， 而且还需要 转向角、转向速度、横向加速度等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向路感。 如今国内外对 究有几个比较集中的方面，如： 力控制策略、系统匹配技术及其可靠性的研究。 从国内外的研究看今后的研究方向主要集中在 力控制策略和系统匹配技术等方面。汽车转向除了满足轻便和灵敏两个要求外，还要为驾驶者造成一定的路感，随着车速的提高方向盘助力不宜过大，而且还需要满足一定的助力特性 。 我国在 而且由于液压式转向系统即 构紧凑，工作安全可靠，价格也比较便宜，所以 液压式转向系统即 而 今国内有多所高等院校和科研单位正在进行该项技术的相关研究 ，并取得的一定 进展。 我国自主设计的 有一定的差距，很多整车厂装配的电动助力转向系统的核心技术都依靠进口。但是我们正在奋起直追，逐步缩小自主开发的 电动助力转向技术在国内的发展势头良好 。纸， 明书全套毕业设计均有 2001年，昌河汽车厂开始将电动转向器装在北斗星高档微型箱式车，揭开了我国汽车转向器生产历史上新的第一章， 2002年该车型已有 6万台配装电动转向器，即电动转向车己占该车型的 60了。哈飞汽车厂也开始在新车型上装电动转向器，吉利在其多款轿车上也安装了电动转向器。另外奇瑞 子皮卡车厂和很多微型箱式车厂，都准备安装电动转向。这充分说明装配 电动式 许多优点，它比液压式动力转向系 统更轻便、紧凑、可靠易于维护保养，同时也取消了油泵、控制阀、油罐、皮带、皮带轮、液压 软管及密封件等液压装置，如此诸如漏油的这种对清洁性造成影响的问题便消失了；能满足汽车不同车速时的不同要求，如低速时的轻便性和高速时保持一定的路感以使驾驶员在不同状况下操纵时获得最佳的感受 ； 在无需提供助力时不驱动电机，这样就减少了不必要的能源消耗，提高了经济性； 对控制计算机编程，可提供不同程度的动力转向，能兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性好；它能与汽车上其他电气设备相连接，有助于四轮转向的实现，并能促进悬架系统的发展 。 无助力转向系统的回正作用具有很大的缺陷 , 往往会降低汽车行驶稳定性，而 恰改善了回正特性。通过软件编程可对对不同车况进行调整，这是传统助力系统无法做到的。 尽管 传统转向系统拥有种种优势，但是电动助力转向系统仍然存在着一些需要解决和改进的问题：继续改善电机的性能是 发展关键；合理助力特性的确定；合适的控制策略；故障诊断的可靠性 ， 过采用电机和计算机控制系统，部分操作独立于驾驶员的控制，因此 会比传统转向助力系统有更多的故障模式。 汽车转向技术已经进入 了电动助力时代 , 随着传感器、控制方式助力电动机等关键技术的不断进步 ， 统将愈加完善。 在未来 替代现有的转向系统，近几年 量正以每年上 百万套的速度增加，最终将完全占领轿车市场，并向大型车 发 展。 （二） 、 选题的目的和意义 目的： 国内电动助力转向系统还处于初级阶段，所以有必要加强力量对其进行研究和开发。使我国的汽车在环保节能舒适等等方面赶上国际先进水平。目前开发拥有自主知识产权的 可为相关企业提供新的经济增长点，增强我国技术产品的市场竞争力 。 通过对电动助力转向系统的研究，为开发出适于轿车和微型汽车的电动助力转向系统提供技术储备 。 另外就是在继承前几届研究生研究成果的基础上，进一步完善控制器的硬件与软件，提高系统运行的稳定性及可靠性，把控制器往产业化方向推进。 意义： 随着时代的发展和科技的进步，人们对交通工具的环保，节能低耗，对生活的舒适性的要求也越来越高。 如今国外汽车的电动助力转向系统正在渐渐取代传统液压助力转向器的地位。 未来的发展方向，我国也要紧跟世界的脚步，不能落在后面。 在国内，电动助力转向系统还处于初级阶段，拥有自主知识产权的生产厂家还很少，市场上的产品主要被国外的公司所垄断。国外的许多厂家除了申请必要的国际专利外， 还中国境内申请了一些 利。因此目前开发和研制用于轿车和轻型汽车的具有自主知识产权的电动助力转向系统具有明显的经济和社会效益，它可为汽车零部件企业的发展提供新的经济增长点，也为我国汽车行业在加入 参与国际汽车市场竞争提供一种有竞争力的机电一体化高新技术产品。同时，电动助力转向系统对于汽车的环保、节能、安全等方面也具有积极的现实意义。 转向系统是汽车的主要子系统之一，其性能直接关系到汽车的操纵稳定性和舒适性，对于确保行车安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。而 一个拥有性能可靠的控制系统则能使 现以上效果 ， 有节能、环保等优点，是未来转向系统的主流发展 ，是研究的重点项目。 纸， 明书全套毕业设计均有 二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 （一）、研究的基本内容 1、设计一个小型电动转向助力系统，分析电动助力转向系统电子控制单元的功能。在充分考虑电动助力转向系统控制的可靠性、实时性的基础上，以单片机为核心的控制单元。 2、设计电子控制单元的硬件，采用 P 控制策略完成对直流电动机的控制、并对各种传感器信号进行采集和处理，通过单片机产生可变占空比的 冲波来控制 H 桥驱动直 流电动机正反转，满足 制要求。 3、采用模块化设计的方法编写相应控制软件。控制软件中主要包含系统主程序、信号采集子程序，策略控制子程序，程序。 （二）、拟解决的主要问题 1、 系统硬件电路的搭建 ， 硬件电路需要单片机最小系统主要包括时钟电路、滤波电路、电源电路、复位电路 等电路的设计。 2、传感器信号处理电路 的设计 ， 如 转矩信号 通过 A/D 转换输入处理器进行处理，再通过电机驱动电路控制电机转动方向。 3、 将软件和硬件进行连接并进行测试，检查 出现 故障 部分 并 思考出现故障的原因，再就相关知识努力将故障排除。 三、 技术路线（研究方法） 搭建系统硬件电路 ，包括时钟，复位，滤波等电路 进行软件 模块 的设计 试验系统 的 组装 收集电动助力转向控制器相关的文献及资料 电机等构件 的 安装 典型工况仿真并分析结果 硬件 系统 的总体 测试 整理资料 并撰写 设计说明书 确定 系统 采用 P 控制策略对直流电机的控制 纸， 明书全套毕业设计均有 四、进度安排 1 2 周 查阅文献、撰写开题报告 3 4 周 系统总体设计 4 7 周 系统硬件设计 7 9 周 系统软件设计 911 周 系统 的组装和 测试 1114 周 撰写系统设计说明书 五、参考文献 1 赵镇锋 器电控单元 (研究 D,武汉理工大学硕士学位论文 ,2007:12 赵良红 ,张渭泷 M093 解福泉 ,周建平 M,人民交通出版社 ,994 李朝青 3 版 M,北京航空航天大学出版社 ,5 朱华 ,汽车电动 助力转向系统研究现状及趋势 J,汽车与配件 ,2010 6 王豪 ,许镇琳等 现状 J,汽车运用 ,2002(8) 7 龚小 平 ,杜 志强 J,汽 车研究与开发 ,2005(7)