电子动力转向系统的研究与设计【18800字】【优秀机械毕业设计论文】

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关键词：: 电子动力转向系统研究钻研设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,40页,18800字左右.
开题报告一份.
任务书一份.
PPT答辩稿一份.
外文翻译一份.

图纸EPS.SCHDOC

目录
1 引言 1
1.1 汽车电动助力转向系统的特点 1
1.2 电动助力转向系统国内外的研究现状 2
1.3 EPS的发展趋势和急待解决的核心技术 2
1.4 本课题研究的目的与意义 3
2 电动助力转向系统方案确定及其工作原理 4
2.1 电动助力转向系统的工作原理 5
2.2 电动助力转向系统的数学模型 7
2.3 电动助力转向系统的主要部分 11
3 电动助力转向系统的硬件设计 16
3.1 电子动力转向系统控制器的总体结构 16
3.2 控制器微处理芯片的选择 17
3.3 控制器输入通道的设计 20
3.4 控制器输出通道的设计 23
3.5 系统供电电源电路设计 28
3.6 系统硬件抗干扰措施 28
4 电子动力转向系统的软件设计 30
4.1 EPS.的控制策略 30
4.2 电子动力转向系统各功能模块的软件设计 32
5 总结 38
参考文献 39
致谢 40

摘要
电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称EPS)，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 (Electronic Control Unit)的硬件电路和相应的控制软件框图。
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89c51单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脉宽调制技术，通过H桥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。
在研制了实验用ECU装置后，开发了相应的控制软件。控制软件分为控制策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。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控制程序。
本文所设计的EPS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。

关键词
电动助力转向电子控制单元单片机控制策略

Abstract

Electric Power Steering System (EPS) is one of the focuses research in automotive engineering.This paper is based on the principles of EPS to study the operation, designed and developed the Electronic Control Unit (ECU) and the soft ware diagram of the ECU.
The thesis Considers the functions of the electronic control unit of EPS, studied and developed the hardware that adopted 89c51 as its microprocessor. The control unit was able to realize real-time data/signal acquisition and system control. The target current of motor output could be determined by the obtained data; and utilizing the Pulse-Width Modulation (PWM) technology, power could be provided to the steering system by controlling the output current and rotation direction through H-bridge circuit.
The software program, which was divided into the realization of control strategy and the acquisition&control of data/signal, was developed in modular after thedesign of experimental ECU was completed. And the main program, A/D acquisition program, speed signal acquisition program and PWM control program are developed in the second part.
The result showed that the electronic control unitdesigned was with stable performance, appropriate structure and excellent matchingcondition, and the excellent power steering effect could be ensured by EPS.

Key words: Electric Power Steering System (EPS) Electronic Control Unit
Single-Chip Microprocessor Control Strategy

毕业设计（论文）任务书

设计内容
动力转向装置用来减轻驾驶者在转向和低速时转向盘的操舵力,利用转矩加力器实现较轻的转向操纵。而在高速行驶时，为保证安全，希望助力减轻。因此研究设计电子动力转向系统有实际意义。通过本项目的设计，培养学生查阅相关资料，结合专业知识，解决工程实际问题，锻炼学生动手能力和综合应用能力。
本系统硬件包括控制系统微处理器模块及周围电路、电动机驱动与保护电路、电流、扭矩等传感器输入信号的处理电路、电磁离合器与显示电路以及系统供电电源电路等。在完成硬件电路的前提下，设计主程序及各子程序流程图，并以汇编语言或C语言为开发工具进行了软件编程。
工艺条件及主要技术指标
1、汽车行驶最高时速200公里/小时；
2、转矩加力器根据汽车速度输出何时的转矩；
3、测速传感器具有抗震动性能。

设计的基本要求 1、研究汽车转矩加力器工作原理；
2、设计系统硬件电路原理图；
3、用PROTEL99画原理图；
4、能用MCS-51汇编语言或C语言编程，并进行部分调试；
5、完成设计（论文）一份，要求用A4纸打印，并有中、英文摘要；
6、完成与设计内容有关的外文资料翻译，外文翻译不少于原文单词3000。

主要参考文献
1、冯英肖生发李春茂。电子控制式电动助力转向系统的控制。汽车研究与开发。2001年第6期
2、林逸施国标皱常丰。电动助力转向助力控制策略的研究。汽车技术。2002年12月
3、潘新民。微型计算机控制技术。北京：高等教育出版社，2003年2月
4、胡寿松，自动控制原理，国防工业出版社。2005年3月
5、何立民。单片机应用技术。北京：北京航空航天大学出版社，1991年2月
6、汪吉鹏。微机原理与接口技术，北京：高等教育出版社，2002年7月
阶段计划安排
日期内容
4.41
至
4.20
调研、查阅中外文献，自己初步确定设计方案，给出框图
4.21
至
4.27
撰写开题报告，进行外文翻译，完成外文翻译
4.28
至
5.4
指导教师讨论确定系统设计方案
完成开题报告

5.5
至
5.11
设计原理框图和硬件原理图，采用PROTEL99画出原理图
5.12
至
5.18
编写程序流程图和软件程序
5.19
至
5.25
调试软件和硬件
修改软件及硬件

5.26
至
6.1
技术理论分析
6.2
至
6.8 搜集资料，整理相关数据、图纸等
按照学院统一要求撰写毕业设计（论文）
6.9
至
6.15
指导教师修改毕业论文
6.16
至
6.22
指导教师、评阅教师评阅论文，分别给出成绩
6.23
至
6.29
装订论文，准备10分钟PPT演讲稿
参加答辩

内容简介：: 1 电子动力转向系统图 1 电子动力转向系统的工作原理电子动力转向系统是通过一个电动机来驱动动力方向盘液压泵或直接驱动转向联动装置。电子动力转向的功能由于不依赖于发动机转速，所以能节省能源电子动力转向系统是这样运行的传统的动力方向盘系统使用一条引擎辅助传送带驾驶泵浦，提供操作在动力方向盘齿轮或作动器的一个活塞协助司机的被加压的流体。在电动液压的指点，一个电子动力方向盘概念使用一台电动机驾驶的一个高效率泵浦。泵浦速度是由一个电控制器调控的变化泵浦压力和流程，提供被剪裁的指点努力为不同的驾驶的情况。泵浦可以跑在低速或关闭提供节能在大多时间在多数世界市场上 )直向前的驾驶期间 (直接电指点使用一台电动机附加指点机架通过齿轮机构 (没有泵浦或流体 )。各种各样的马达类型和齿轮驱动是可能的。微处理器控制指点动力学和司机努力。输入包括车速和指点、轮子扭矩，角位和转动率。工作运行时的具体细节： A “指点传感器 ”位于它进入传动箱住房的输入轴。指点传感器实际上是在一个的二个传感器：那 “扭矩的传感器 ”转换指点扭矩输入和它的方向成电压信号，并且那 “自转的传感器 ”转换转动速度和方向成电压信号。分享 2 同一套住房的 “接口 ”电路转换从扭矩传感器和自转传感器的信号成控制电子学可能处理的信号。从指点传感器的输入由那微处理器的控制单元消化也监测从车速传感器的输入。传感器输入然后被比较确定多少机械化根据一张被预编程序的 “力量地图 ”需要在控制单元的记忆。控制单元然后派出适当的命令对然后供给电动机以潮流的 “电源装置 ”。马达推挤机架在右边或左根据哪个方式电压流动 (扭转潮流扭转方向马达旋转 )。增加潮流对马达增加功率协助。系统有三种操作方式：左边或右边机械化提供以回应从指点扭矩和自转传感器的输入的输入的 “正常 ”控制方式 ; 被用于在完成轮以后协助指点回归的 “回归 ”控制方式 ; 并且改变与车速改进路感受和挫伤佣金的 “更加潮湿的 ”控制方式。如果方向盘被转动，并且举行在充分锁位置和指点协助到达最大值，控制单元使潮流降低到电动机防止也许损坏马达的超载情况。控制单元也被设计保护马达以防止电压浪涌免受一个有毛病的交流发电机或充电的问题。电子转向控制单位有能力在自我诊断的缺点通过监测系统输入和产品和电动机的激励电流上。如果问题发生，控制单元通过开动在电源装置的一个故障自动保险的中转关闭系统。这消灭所有机械化，造成系统恢复回到手工指点。破折号要诊断问题，技术员跳服务检查连接器的终端并且读出问题代码。图 2 电子动力方向盘机制当前发明与提供的供给动力的援助一电子功率驱动器马达关连给车操纵机构。根据当前发明的一个方面，那里为提供供给动力的援助提供一个电子功率驱动器机制给有车的操纵机构一名手动地可旋转的成员为操作操纵机构、传动机构包括可行扭矩的传感器感觉手动地被申请于可旋转的成员的扭矩，一个电子功率 3 驱动器马达操纵着被连接到可旋转的成员和安排控制主驱动电动机自转速度和方向以回应从扭矩传感器收到的信号的控制器，扭矩传感器包括为与可旋转的成员的连接适应的传感器轴形成引伸因此，以便扭矩通过前述传感器轴被传送，当时可旋转的成员被转动，并且应变仪在导致的信号传感器轴手动地登上表示通过前述轴被传送的相当数量扭矩。图 3 传感器轴不旋转更好地登上在一个轴向末端在第一名联结成员和不旋转地登上在它的相反轴向末端在第二名联结成员，第一和第二名联结成员相互允诺允许有限的自转之间连接，以便在一个被预先决定的极限之下的扭矩由仅传感器轴传送，并且，以便在前述被预先决定的极限之上的扭矩通过第一和第二名联结成员被传送。更适宜地安排第一和第二名联结成员作为操纵的连接的第一和第二个部分的一座桥梁互相的旋转式成员。合适的传感器轴是通常在多数的长方形横断面它的长度中。应变仪包括一个或更多的适应地看见了谐振器绑到传感器轴上。好的马达操纵的被连接到可旋转的成员通过传动器。马达更好地包括一个工具箱和同心地被安排相对可旋转的成员。当前发明的面此后将描述，关于伴随的图画，：图 1 是一个车操纵机构的一个图表看法包括一个电子功率驱动器机制根据当前发明，图 2 是说明在图显示的传动机构的各种各样的组分的之间流程图互作用 1上，图 3是一个轴截面通过在图显示的传动机构 1，图 4上是一张截面图被采取沿着线表 3，图 5是在图显示的输入推进联结的一张更加详细的分解图 3 上，和图 6 是显示在表图 1 4 的最初里显示一个车操纵机构 10操纵的被连接到一个对易操纵的路轮子 12。这个显示的操纵机构包括一个齿条和齿轮汇编 14被连接到路轮子 12通过联接 15。鸟翼末端 (没显示 )汇编 14可旋转地驾驶一名手动地可旋转的成员以驾驶杆 18 的形式哪些由方向盘 19 手动地转动。这个驾驶杆 18 包括包括一台电主驱动电动机的一个电力的传动机构 30 (没显示在驾驶的鸟翼末端图 1)上以回应在驾驶杆 18 的扭矩装货为了为机械人员提供力量援助，当转动方向盘 19时。如概要地被说明在表 2，电力的传动机构包括测量驾驶杆申请的扭矩 18，当驾驶鸟翼末端时并且提供信号给控制器 40的扭矩传感器 20。控制器 40被连接到主驱动电动机 50 并且控制电流被提供给马达 50 控制马达 50 和它的自转的方向扭矩引起的相当数量。马达 50 操纵的更适宜地被连接到驾驶杆 18 通过工具箱 60，更适宜地一个周转齿轮箱子和传动器 70。在一定条件下传动器 70 在正常运行时更适宜地永久地接合并且是有效的隔绝从马达 50 的驱动使鸟翼末端通过传动机构 30 手动地被驾驶。这是使机制的安全特点起作用在试图的马达 50情形下驾驶太快速的驾驶杆并且 /或者在错误的方向或在案件电动机和工具箱占领了。扭矩传感器 20 更适宜地是一个汇编包括在扭矩应用达到的传感器轴登上应变仪能够准确测量张力在一个被预先决定的范围之内的一个短的传感器轴。被测量扭矩的被预先决定的范围是 0更好是关于测量的扭矩的范围更好地对应于大约 0且传感器轴的建筑更好被选择这样 5导致较少的转弯，少于 1 。好的应变仪是锯谐振器，在3832被描述的一台适当的锯谐振器。类似在图显示的那 3832 3上更好地运用配置，二看见谐振器被安排在对轴轴的 45和在 90对互相。谐振器经营与在 200 0 500 因此，当传感器轴不被扭转的归结于缺乏扭矩时，它导致一个 1 它导致在当传感器轴在相反方向时被扭转它导致在间的一个信号。因而同样传感器能导致信号表示程度扭矩并且传感器轴的自转的方向。好的马达扭矩引起的相当数量以回应在0间被测量的扭矩是 0且为在间被测量的扭矩是 5 0馈电路提供自我调节，借以马达使用的电流由控制器 40测量并且比较保证马达在正确方向运行并且提供期望功率协助。控制器更好地行动使被测量的扭矩降低到零和如此控制马达增加它的扭矩产品减少被测量的扭矩。 (没显示 )更适宜地提供车速传感器哪些寄发一个信号表示车速到控制器。控制器使用这个信号修改程度力量协助提供以回应被测量的扭矩。将提供在低车速最大力量协助的，因而，并且将提供高车速极小的力量协助。更适宜地是逻辑顺序器有一个现场可编程序的门数组例如 005如应这个控制器。这样控制器不依靠软件和，因此能更起作用可靠地在汽车车环境里。被想象也许使用有逻辑的序列一个现场可编程序的列阵。一个电力传动机构 10 的 A 电子动力转向系统（英文简称与液压动力转向系统（比， 1）效率高。般为 60%70%；而率高，有的可高达 90%以上。 2）耗能少。汽车在实际行驶过程中，处于转向的时间约占行驶时间的 5%，对于统，发动机运转时，油泵始终处于工作状态，油液一直在管路中循环，从而使汽车燃油消耗率增加 4%6%；而汽车的燃油消耗率仅增加右。 3） “路感 “好。由于部采用刚性连接，系统的滞后特性可以通过软件加以控制，且可以根据驾驶员的操作习惯进行调整。 4）回正性好。构简单内部阻力小，回正性好，从而可得到最佳的转向回正特性，改善汽车操纵稳定性。 5）对环境污染少。在油液泄露问题，而且液压软管不可回收，对环境有有一定污染；而 6）可以独立于发动机工作。电池为动力元件，只要电池电量充足，不论发动机出于何种状态，都可以产生助力作用。 7）应有范围广。 8）装配性好易于布置。现在，动力转向系统已成为一些轿车的标准设置，全世界约有一半的轿车采 6 用动力转向。随着汽车电子技术的发展，目前一些轿车已经使用电动助力转向器，使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。电动助力转向装置是汽车上一种新的助力转向系统装置 ,近年来在国内外发展迅速 ,由于它采用了可编程电子控制装置 ,在带来灵活性的同时也存在着安全隐患笔者结合电子控制装置的特点 ,指出了事关安全性的因素 ,提出了处理安全性的措施 ,并讨论了几个事关安全性的具体问题现有标准不能够满足电动助力转向装置安全性的需要 ;并提出了对电动助力转向装置进行安全性测评的思想 it an to or is of in it an to a in or to In a by an is by an to be at or 7 is of in an to a no or A of is A n A is on it is in a a by a s to is to a in s to to or on to of a in or is in to s a is to a a to If is in a to to an is to a or is of by s of If a by a in to to A PS is to To a on 8 to a at no s a a in a it to Its a of of s us 002 in of be a s Ms 010, a of in be of by up as by s no 9 is a a be a it it to - - on It to EM in of is is to an an We r. of F Its up to be of a a of on it is is to as or RW a 50 in as of is to 000. we is in RW us a us to 1 is AS Vs Ms 995, 596 of 70 in be if to an to a to of is an to a a a to to an to a is to of of in to a to to an so is 10 is a on a of of is at in a is at in a to so a is by so is to as a of to is of of or AW to is to a a is to of be to in is a of a an to is a of , is an , is a , is a of , is a of . , is a 0 to a of he 0 a 4 to 2 5. of 4 is by a in of a 8 is by a 8 an 0 an ) in to in 8 in to , a by 8 a to a 0. 0 is to a 0 to 0 to of by 0 of 0 is to 8 a 0, an a 0. 0 is is to 0 to to be 0. is a to to in of 0 to or in or in 11 or 0 is an a on is a of in by of a of is is of to of is a Nm in a of in is a a AW 3832. a to 3832 is 5 to 0 to a of 00Hz to a to 0 500 of of i

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