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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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电子动力转向系统的研究与设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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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：: 电子动力转向系统的研究与设计指导教师：刘文洲学生：隋成平专业：自动化内容简介本课题将通过合适的控制方法，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。即可使汽车在低速行驶时需要“较轻”的转向力；在高速行驶时提高操纵的稳定性，增强了“路感”，不会让驾驶员有“发飘”的感觉。第一方案主要内容：以单片机为核心，对直流电机输出的各种参数信号进行实时监控，从而在不同的工况下输出不同的转向助力。第二方案电子动力转向系统硬件包括 (1)控制系统微处理器及其周围电路 (2)电流转矩等传感器输入信号的处理电路 (3)电动机驱动与保护电路 (4)电磁离合器以及系统供电电源电路 P T 21P T 2E R T I N T 012P I N T 113P T 014P T 115P W R A L 218X T A L 119V S A 821P A 922P A 1023P A 1124P A 1225P A 1326P A 1427P A 1528P S E / V P A D 732P A D 633P A D 534P A D 435P A D 336P A D 237P A D 138P A D 039V C 51+ 5V +5021A 1123A 122C S 126V C 21 S 37 3+5V C 9，才能与之连接。电动机的反馈电流流由霍尔电流传感器采集车速信号是从车速里程表引出的，采用脉冲发生器来模拟车速信号，输入到单片机。具体的工作情形是 :来自89407后加在0脚和 2脚，同时这一脉冲信号经由7406获得的电平相反的信号加在 2脚和 0脚，经实现了在 Q 1. 2. 从而驱动电机 A -+BM ot 12V c R 21 10V c R 21 10+ 1212406+5 33 912+ 12 10 m + 当系统输出控制信号（高电平），经反相驱动变为低电平，使光耦导通，从而使继电器吸合，接通电磁离合器的电源。反之，继电器断开，切断离合器电源。其中的 12片机控制系统需要 52路中的运算放大器等器件需要 P T 21P T 2E R T I N T 012P I N T 113P T 014P T 115P W R A L 218X T A L 119V S A 821P A 922P A 1023P A 1124P A 1225P A 1326P A 1427P A 1528P S E / V P A D 732P A D 633P A D 534P A D 435P A D 336P A D 237P A D 138P A D 039V C 接霍尔传感器?M ot 12V c R 21 10V c R 21 10+ 1212电动机控制电路电机电流采集电路451011N C ( G U A R D )6N C ( G U A R D )3E X T C L K T C L K T / C L K I T / C L K O U N C L / E X L 76 50 C P 3车速信号车速信号处理电路15 5V +5021A 1123A 122C S 126V C 21 S 37 312 +5霍尔传感器+15 5 F ( - )15S T A R F ( + )5I N 713I N 612I N 511I N 410I N 39I N 28I N 17I N 06V c C 08 09+5扭矩传感器输出信号 78 12 +5 P +2C A P C 76 6010 +5系统供电电源7406 7406 33 912+ 12 10 m ? K?B T ?B a t t e r -+B?M ot 本文主要取得了以下成果 : (1)对电动助力转向系统的结构进行了简化，列出了系统各部件的动力学方程，对系统进行了动力学分析，讨论了系统的控制策略。 (2)选取了控制器的控制主芯片，确定了电动机的驱动方案，绘制了系统各部分的电路图，探讨了减少外界干扰的措施。致谢首先要感谢我的指导教师，感谢老师对本论文的选题、研究到最后定稿给予的悉心指导和全力帮助。同时还要感谢电信学院为我们毕业生提供了良好的学习环境，在此，我代表电信学院全体毕业生向学院表示衷心的感谢。感谢赵会超同学、栾晶蕊同学对给予的莫大帮助，帮助我解决了课题中的难题，在此，对你们表示感谢。谢谢各位老师！电气与信息学院（宋体 2 号居中）毕业设计（论文）任务书（宋体 1 号居中）题目名称：专业班级：学生姓名：指导教师：电子动力转向系统的研究与设计自动化 0441 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、用原理图； 4、能用编语言或 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研、查阅中外文献，自己初步确定设计方案，给出框图写开题报告，进行外文翻译，完成外文翻译导教师讨论确定系统设计方案完成开题报告计原理框图和硬件原理图，采用出原理图写程序流程图和软件程序试软件和硬件修改软件及硬件术理论分析集资料，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）导教师修改毕业论文导教师、评阅教师评阅论文，分别给出成绩订论文，准备 10 分钟讲稿参加答辩 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 is to of it a 1 is in it a .0 is in it a .0 is to a of of of of of by in to a of a of a is by is by 0 to is in of to to so to to is a of to to of in to at be a be is a a a 005 as a so is to in a It is a a be is 1) is 0% 0%, PS be as 0 2) in at to of PS be in in so 毕业设计（论文）外文翻译子动力转向系统的研究与设计：：本科：电气与信息学院：自动化：：教授： 2008 年 4 月 23 日学生姓名学历层次所在院系所学专业指导教师教师职称完成时间毕业设计（论文）电子动力转向系统的研究与设计：本科：电气与信息学院：自动化：：教授： 2008 年 6 月 29 日学生姓名学历层次所在系部所学专业指导教师教师职称完成时间电气与信息学院毕业设计（论文）开题报告题目名称：报告人：专业班级：指导教师：电子动力转向系统研究与设计自动化 0441 电气与信息学院毕业设计（论文）开题报告题目名称：报告人：专业班级：指导教师：电子动力转向系统研究与设计自动化 0441 1 电子动力转向系统研究与设计开题报告一、课题的目的和意义为了减轻驾驶员转动方向盘的操作力，利用动力产生辅助主力的装置，称为转向助力机构。动力转向，是一种以驾驶员操作方向盘为输入信号，以转向轮的角位移为输出信号的伺服机构。动力部分跟手动操作，产生于转向阻力相平衡的辅助力，使车辆进行转向运动。与此同时，把部分输出反馈给驾驶员，使其获得适当的手感，构成所谓的双动伺服机构。随着高速公路的不断延伸与轿车的不断提高，传统的液压动力转向暴露出一个致命的弱点，即若要保证汽车在停车或低速掉头时转向轻便的话，那么当汽车在高速行驶就会感到有“发飘“的感觉；反之，若保证汽车在高速行驶时操作有适度感的话，那么当其要掉头或停车时就会有感到转向太重，两者不兼顾，这是由于传统的动力转向的结构决定的。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二、文献综述随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低 , 来越受到人们的重视 , 并以其具有传统动力转向系统不可比拟的优点 , 迅速迈向了应用领域 , 部分取代了液压动力转向系统 (简称。电子控制技术在汽车动力转向系统中的应用 , 使汽车的驾驶性能达到令人满意的程度。电动助力转向系统 ( 在汽车低速行驶转向时减轻转向力使转向轻便、灵活 ; 在汽车高速行驶转向时 , 适当加重转向力 , 从而提高了高速行驶时的操纵稳定性 , 增强了“路感”。不仅如此 ,能耗是耗的 1 /3 以下 , 且前者比后者使整车油耗下降可达 3% 5%, 因而 , 成为汽车传统转向系统理想的升级换代产品。自 1953 年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来 , 汽车带来了巨大的变化 , 几十年来的技术革新使液压动力转向技术发展异常迅速 , 出现了电控式液压助力转向系统 (称。 1988 年 2 月日本 2 铃木公司首先在其随后又应用在司继推出转向柱助力式并装配在 23F 等车上 , 此后术便得到了飞速的发展。在国外 , 进入批量生产阶段 , 并成为汽车零部件的高新技术产品 , 而我国动力转向系统目前绝大部分采用机械转向或液压助力转向 ,研究开发目前还处于起步阶段 , 其产品、在 2002 年才有国内企业进行研制开发。目前 ,只有南摩股份有限公司能小批量生产用于汽车装配 , 在昌河公司产的爱迪尔轿车、南京菲亚特公司产的新雅途轿车上使用。三、研究（设计）内容和拟解决的关键问题统电动助力式转向系统利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向 , 不同车的但其基本原理是一致的。图 1为图 1 当汽车处于直线行驶状态时 , 电动机停止工作 , 只有在汽车转向时 , 系统才实时的实现助力控制作用。因而 , 在低速行驶时保证汽车的转向灵活轻便 , 在高速行驶时保证汽车转向稳定可靠。速传感器、电动机、电子控制单元、减速机构和电磁离合器 , 其工作原理如下 : 21311 扭矩传感器、车速传感器电阻式转向传感器、非接触式电感扭矩传感器和其他类型传感器 , 也有很多厂家采用在转向轴位置加一扭杆 , 通过测量扭杆的变形转化得到扭矩的大小和方向。电阻式转向传感器实际上是个滑动可变电阻器 , 其滑动触电固定在输出轴上 , 电阻线部分固定在输入轴上。当操作方向盘时 , 滑动触点在电阻线上的移动使得电位计的电阻值随之变化 , 最终近集成电路电阻式传感器在早期这种传感器价格低 ,但体 3 积大 , 易于磨损。随着非接触式扭矩传感器成本的降低 , 越来越多的厂商转而采用这种精度高、体积小且寿命长的新型传感器。图 3所示为改装置由安装在输入轴上的探测环 1和探测环 2, 安装在输出轴上的另一个探测环 1, 探测线圈和补偿线圈组成。当方向盘转动时 , 扭杆受受转动力矩作用发生扭转 , 此时由于线圈是固定不动的 , 探测线圈与探测环之间的位置发生变化从而导致线圈磁阻改变 , 并最终反映了扭矩的变化。另外 , 还有如美国磁环式霍尔速度传感器 , 它可以将转向盘的扭矩、转角、角速度大小及方向等信息转化为电信号输出。图 2为非接触式扭矩传感器。图 2 非接触式扭矩传感器扭矩传感器测量值的参考范围为 - 12 +12 N m , 输出电压范围 0 + 5V ; 车速传感器应用较多的有输出为脉冲信号或电压信号两种 , 输出电压值信号参考范围为 0 + 5V,输出脉冲信号参考范围为 , 检测的车速范围可达 1 200动机助力电动机是它根据在不同的工况下输出不同的助力转矩 , 对整个因此需要具备良好的动态特性、调速特性和随动特性并易于控制 , 而且要求输出波动小、低转速大转矩、转动惯量小、尺寸小质量轻等 , 因此 , 常采用无刷式永磁直流电动机。为改善操纵感、降低噪音和减少振动 , 在电动机转子外表面开出斜槽或螺旋槽 , 而改变定子磁铁的中心处或端部厚度 , 将定子磁铁设计成不等厚等。三菱永磁式直流电机 , 额定电压最大工作电流 30A, 额定转矩 1N m 。 315 最大工作电流为 85A, 齿条输出的最大功率为 600W, 齿条最大助力 12500N; 转向柱助力式 315 最大工作电流为 70A, 齿条输出最大功率为 470W,齿条最大助力7500N, 最大助力转矩为 55N m 。随着现代汽车技术的发展 , 汽车各部件越来越多的采用 42V 直流电源 , 因而 , 面向 42用 4 42 既降低了系统的能耗和发热 , 又能够改善系统的控制。 21313 电磁离合器电动式车速低于某一设定值时 , 系统提供转向助力 , 保证转向的轻便性 ; 当车速高于某一设定值时 , 系统提供阻尼控制 , 保证转向的稳定性 ; 而当车速处于两个设定值之间时 ,电动机停止工作 , 系统处于此时 ,为了不使电动机和电磁离合器的惯性影响转向系统的工作 , 离合器应及时分离 , 以切断辅助动力。另外 , 当离合器应自动分离 , 此时仍可利用手动控制转向 , 保障系统的安全性。三菱考参数为 :干式单片电磁式电磁离合器 , 额定电压组 1915 (20 C) , 额定传递扭矩 15 /12V（ 20 C) 。减速机构是电动式它把电动机的输出减速放大后再传递给执行部件。目前实用的减速机构有多种组合方式 , 采用较多的为蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式 , 如图 5所示 , 也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式。装配有离合器的多采用涡轮蜗杆减速机构 , 装配在减速机构的一侧 , 为了保证在范围之外 ,离合器分离 , 电机停止工作 , 转向系统转为手动 , 另外 , 当电动机发生故障时 , 离合器也自动分离。为了抑制噪声和提高耐久性 , 减速机构中的齿轮有的采用特殊齿形 , 有的采用树脂材料制成。电动助力转向系统的研制关键及发展趋势电动助力转向系统在操纵轻便、节能等方面充分显示了其优越性，应用前景广阔。研制电动助力转向系统的关键，在于电子控制技术，包括确立适宜的助力特性，还有采集主要参数的传感技术。此外，电动助力转向系统与汽车的安全性、操纵稳定性之间的关系，电动助力转向系统的可靠性等将成为重要的研究课题。电动助力转向系统出现十几年来，在降低系统自质量、价格，减少系统发热、电流消耗、内部摩擦，与整车进行匹配获得合理的助力特性，保证良好的路感等方面取得了重大进步。未来的发展趋势是：（ 1）进一步改善控制性能，使之更好地与不同档次汽车相适应。如增加汽车转向反馈信号，对车辆回正性能进行控制等。（ 2）提高系统的可靠性。如采用非接触式转矩传感器等。（ 3）降低价格 5 四、研究（设计）方案与进度计划安排日期内容研、查阅中外文献，自己初步确定设计方案，给出框图写开题报告，进行外文翻译，完成外文翻译导教师讨论确定系统设计方案完成开题报告计原理框图和硬件原理图，采用出原理图写程序流程图和软件程序试软件和硬件修改软件及硬件术理论分析集资料，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）导教师修改毕业论文导教师、评阅教师评阅论文，分别给出成绩订论文，准备 10 分钟讲稿参加答辩 6 五、预期结果和创新成果通过与国内外同类课题分析比较，阐明其学术价值与应用价值，体现课题的创造性。电动助力转向系统自 1988 年 3月首次在日本铃木汽车公司的塞尔沃轿车上使用以来，紧接着在大发汽车公司的米勒、三菱汽车公司的米尼卡、铃木汽车公司的奥拓等轿车上相继采用。目前，国外几家大公司都竟相推出自己的电动助力转向系统。在 1998年北京第五届国际汽车博览会和 2000年北京第六届国际汽车博览会上，德国的司展出了电动助力转向系统。至今，国内仅有为数不多的院 2000年的 32%。柴油机赋予了旧车型以新的生命，如标致 , 或第一代雷诺油车的畅销，一方面是由于燃油价格大涨，另一方面，法国和德国制造商推出了效率更高、更清洁、更节能的新型增压柴油发动机系统。这些新型发动机都是高压直喷柴油机，正是标致和雷诺的研究重点，他们的 57%的雷诺“风景”车和“甘果”车、 59%的雪铁龙“毕加索”车、标致 406 以及 ,68%的标致 ,607 都是柴油车。更令人惊奇的是，柴油车在小型多功能车上所占份额也不容小视，而那些推出柴油车较晚的制造商则损失惨重，销量大减，如福特在法国的销量下降了 7%，在欧洲下降 10%，欧宝也一样。 2000年对于法国制造商来说是丰收年，雷诺和过自身内部的重组，决策人士的严格管理以及对市场敏锐的战略眼光，一举收复了失地，并开始大举反攻。在法国整个轿车（新）市场下滑情况下，法国制造商的销量却有所上升，达到 126万辆。 06 %的市场占有率和雪铁龙“毕加索” 市场占有率一举拿下 31%的市场份额；而雷诺则保持了 1999年的销售水平，达到 602 415辆，占据了市场份额，它的同盟伙伴日产在法国的销量更是大涨同时其主要竞争对手则开始丧失领地，大众“高尔夫”的销量下降退出了法国销量十佳，而福特集团和本田的销量更是分别下跌了 21%和 42%同时，在海外市场，法国车也处处开花。 1996, 至 2000 年间，法国汽车的出口在英国增长了 20%，在德国增长了 20%，在西班牙和意大利的增幅分别达到了 55%和 90%。六、成文时间和提交成果形式成文时间： 2008 年 6 月 29 日提交成果形式：论文 7 七、参考文献 1 邓泽英 . 电子动力转向系统 2 冯英 ,肖生发 , 李春茂汽车研究与开发第 6 期 3 林逸 ,施国标 ,皱常丰汽车技术 12 月 4 潘新民北京：高等教育出版社， 2003 年 2 月 5 胡寿松防工业出版社 3 月 6 何立民北京：北京航空航天大学出版社， 1991 年 2 月 7 汪吉鹏北京：高等教育出版社， 2002 年 7 月 8 王兆安 ,黄俊北京：机械工业出版社， 2000 年毕业设计（论文）电子动力转向系统的研究与设计：本科：电气与信息学院：自动化：：教授： 2008 年 6 月 29 日学生姓名学历层次所在系部所学专业指导教师教师职称完成时间（论文）摘要电动助力转向系统 (称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89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制程序。本文所设计的子控制单元性能稳定，结构合理，与整车匹配性能好，可保证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 is of in is on PS to of of 9as to 论文） of be by be to by of of in of CU A/D WM in be （论文） 1 空载时没有内部压降，转换效率达 ; 可采用串联方式实现倍压输出。系统硬件抗干扰措施在检测系统的电子线路和电子设备中， “干扰 ”是一种普遍存在的问题。它是检测过程中的一种无用信号，它的存在会造成检测系统检测出的结果有偏差。为了使检测系统能够得到更加准确的检测结果，在电路的设计时一定要考虑电路的抗干扰能力的设计。这就要求必须搞清楚干扰源、被干扰对象、干扰源和被干扰对象之间的耦合方式，只有这样才能采取相应的措施，抑制干扰的影响。在实际测控系统中，干扰源主要来自以下几方面： 14 (1)机械干扰 :主要是机械的振动或冲击造成的干扰。 (2)温度干扰 :主要指系统中电子测量装置和元器件在工作过程中产生的热量以及环境温度的变化造成的干扰。 (3)电磁干扰 :主要是指设备本身的电磁波或外界的电磁场的影响在设备的有关电路中感应出干扰电流或干扰电压，从而使设备的检测出现偏差、甚至不能正常工作。干扰的耦合方式主要有以下几种 : (1)静电电容耦合 :由于电路与电路之间存在寄生电容，产生静电效应从而引起干扰。对于小电流、高电压干扰源产生的干扰主要是通过电容耦合产生的。 (2)电磁耦合 :由于两个电路之间存在互感而产生的干扰。 (3)共阻抗耦合 :当一个电路的电流流经共阻抗时所产生的压降，就要在另一个电路中产生干扰电压。为此，在硬件的设计过程中，为了抑制干扰带来的影响，应该采取以下措施 : (1)屏蔽措施 :系统中的控制电路板应放置在一个铁盒中，并且铁盒子与被屏蔽电路的零信号基准相接，从而起到抗干扰作用。同时信号的传输线全部采用带屏蔽层的信号线，这样就可以避免信号在传输过程中受到干扰。 (2)一点接地和多点接地 :接地系统干扰主要是由于多点接地，使得两接地点的电位不为零，这个电位差对于电路的输入输出电压产生干扰，或由于两个电路经公共接地线接地，两个电路电流不同而产生干扰。（论文） 2 解决地线噪声的方法有 : 采用单点接地。所有强电信号地线都接到一个电源地线上，尽可能地把地线加粗，降低内阻 :所有外部弱电信号用一个公共地线，并与电源地线分开。并联接地。可以切断由于多个设备采用公用地区串联接地而形成的环路。 (3)数字地和模拟地 :数字地是指片， I/O 接口芯片等数字逻辑电路的地端，以及 A/D, D/A 转换器的数字地。而模拟地则是指 A/D 和 D/A 中模拟信号的接地端。在计算机测控系统中，数字地和模拟地分别接地。 4 电子动力转向系统的软件设计控制器硬件是电子动力转向系统的基石，而软件则可以说是统的灵魂。件的设计除了数据信号的采集和控制部分，还必须有特定的控制思想，即控制策略，才能实现对系统的控制要求。因此，本章主要讨论与软件设计相关的两个方面：一是制策略的实现，二是各功能模块的实现，数据信号的采集和控制信号的处理。控制策略国内外学者研究了不同的制策略，但就目前己商品化的看，主要采用的还是制，制是连续系统中技术最成熟、应用最为广泛的一种控制方式，有资料表明目前 90%以上的工业控制回路均采用各种形式的制算法。在这一节中，主要研究了的应用，并对所采用的控制策略进行分析。制例 )、分 )、分 )三者的缩写。制的实质是根据反馈后计算得到的输入偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，其运算结果用以输出。制算法主要具有以下特点： 13 在和将来的主要信息，而且其配置近乎最优。其中，（论文） 3 比例代表了当前的信息，起纠正偏差作用，使过程反应迅速 ;微分在信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息。在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减少超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程 :积分代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统静态特性。此三种作用配合得恰当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好得效果。 2. 制适应性好，有较强的鲁棒性。对各种工业应用场合都可以在不同程度上应用。成了完整的设计和参数调整方法，很容易为工程技术人员所掌握。在连续系统中常用的一种法，其控制规律可以表示为 :： u (t )= K p e(t)+e Td (4式中 :K p比例增益或比例系数 ; 分时间常数 ; 分时间常数 ; 为便于在计算机中用程序实现制，当采样周期足够小时，可用求和代替积分，用向后差分代替微分，则可将式 (4散化为差分方程，然后做如下近似运算 : t ki )()( (4 T 1()()( (4式中 T 采样周期 ; k 采样序号。由式 (4、式 (4式 (4得如下数字制算式 u(k)=K p e(k)+K i +K de(k)-e( (4式中 K p 比例系数 ; K i 积分系数 ; K d 微分系数。式 (4为位置型算式。由于位置式法需要累加所有的偏差 e(i)，不仅要占用较多的存储单元，而且不便于程序的编写，所以人们又递推出了制的另一种算法（论文） 4 增量型算式。 15 在实际的工程应用中，一般认为，在以晶闸管或以司服电机作为执行器件，或对控制精应当采用位置型算法 ;而在以步进电机或多圈电位器做执行器件的系统中，则应采用增量式算法。根据统电动机的特点，我们选用了置式算法。制策略的任务之一就是确定助力目标电流的大小。制是根据助力特性曲线来确定助力目标电流的大小，然后对电动机采用了闭环制。然而，助力特性曲线本身就是要研究的内容之一，很难根据它来确定一个合适的目标电流。在此，本文采用了制策略，对整个统进行闭环控制，根据转矩传感器和车速信号的输入来确定助力目标电流的大小，对制做了初步的研究。算法中没有采用积分环节，这是因为统是一个有差系统，需要保持系统的静差，控制器中不能有积分环节。 16 制结构如图 4定转向盘的转矩 T h，转矩传感器则有相应的输出 T 制器根据转矩传感器输出的转矩 T h，和转矩的变化率 T确定助力电动机电流的大小，并通过式驱动电动机助力。电动机电压与转矩的关系可由下式表示 :度要求较高的系统中。 U=K p T K d T (4图 4 制框图电子动力转向系统各功能模块的软件设计一个优良的软件开发环境是高效开发软件的基础，他能大大缩短软件开发的周期和提高软件的质量。在初期的软件设计和以后的台架实验当中，都需要在软件开发环境中进行软件的编辑、编译、调试，因此，有必要介绍一下本课题所采用的软件开发环境。 A/D 采集程序 A/D 采集程序的编写主要是对相关寄存器的设置及数字滤波算法。转换控制寄存器（转换预分频寄存器 (、转换数据寄存器 (. 制器对 A/D 数据的采集，只是采用了不同的 A/D 通道，而 T + 出 h 干扰信号转向系统转矩传感器电动机制器（论文） 5 关寄存器的配置基本不变，数字滤波算法也可共用，因此只需编写一个 A/D 采集程序就可，具体程序流程图如图 4示。 Y Y N 选择采样通道设置采样通道启动 A/D 转换 A/D 转换转换是否结束？保存转换结果到 p（ 0）采样次数大于 5？加权平均数字滤波返回转换结果开始 N （论文） 6 制程序宽调制程序主要是通过对 89定时器的操作来实现的。冲频率由定时计数缓冲区寄存器决定。冲宽度值则由定时器的比较缓冲区寄存器的值来决定。定时器使能后，定时计数缓冲区寄存器具有一个初始值，用来载入到倒计时器计数器。比较缓冲区寄存器具有一个初始值，用来载入到比较寄存器，与倒计时值相比较。比较缓冲区寄存器的值用于脉宽调制，当该计数器值与定时器控制逻辑中的比较寄存器值相等时，定时器控制逻辑改变输出电平。因此，比较寄存器决定了出高电平 (或低电平 )的时间。由前述的对电动机的制采用的时单极性定频调宽法可知，在程序中只需设定好定时计数缓冲区寄存器的值就可以确定了制的频率，改变比较缓冲区寄存器的值就可得到相应的脉冲宽度，也就确定了占空比。图 4 制程序流程图。（论文） 7 车速信号采集程序车速传感器的信号是经过里程表整形后发出的脉冲方波信号，每个脉冲表示磁电式车速传感器的被测齿盘轮齿转过一齿，汽车的行驶速度就可以用单位时间内的脉冲数、被测齿盘齿轮齿数与车轮的行驶半径计算出汽车的车速来。其计算公式如下： V=2d （ 4 其中 : V 汽车行驶的车速 N 被测齿盘的齿轮齿数 T 测量时间周期 n 测量的脉冲数图 4制程序流程图输入比较缓冲寄存器 1的值初始化定时器端口使能中断设定计数缓冲寄存器 1的值设定比较缓冲寄存器 1的值更新倒计时寄存器 1的值定时器 1 中断设置设置定时器 1 配置寄存器定时器 1 使能开始结束（论文） 8 车轮的滚动半径本课题实验过程中，采用了脉冲发生器来模拟车速信号。车速信号的采集主要是通过对定时器的操作来实现的。 89定时器 4 和 5 具有一个信号输入线作者选用定时器 4 接受脉冲信号，计测量时间周期 T 内接受的脉冲个数 ;用定时器 3 来确定测量时间周期 T。即当定时器 3 计数完毕时，读取定时器 4 计数器的值，然后根据公式即可计算得出车速。程序流程图如图 4示系统主程序系统主程序前面介绍了各个主要的程序模块，有了这些必备的元素，主程序

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