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汽车侧向稳定性控制器的设计【3张图/19300字】【优秀机械毕业设计论文】

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汽车 侧向 稳定性 控制器 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。63页。19300字左右。
任务书一份。
开题报告一份。

图纸共3张，如下所示
A1-侧向稳定性控制流程图.dwg
A1-未制动时管路电磁阀图.dwg
A1-汽车侧向稳定性控制器设计电路图.dwg

摘 要

基于汽车主动制动侧向稳定系控制系统，使用的是汽车实际横摆角速度与驾驶员期望值的差值来判定汽车的稳态，同时引入了车辆质心侧偏角与经验值进行比较得到了另个一关于汽车转弯稳定的安全系数，希望由此改善和提高汽车在转弯过程中的操纵稳定性。
侧向稳定性控制系统判定车身状态不稳定时，可能是转向不足或者是转向过多。当转向不足时系统将制动内侧后轮，转向严重不足时，同时制动多个车轮；当出现转向过多时，系统将制动外侧车轮，从而稳定车辆，保证驾驶员和乘客的安全。
为了提高汽车侧向稳定性控制这个目标，在控制过程中使用了汽车轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角和G传感仪等信号源，控制部分包括制动增压电机、两个吸入电磁阀、两个隔离电磁阀、四个车轮的增压和减压电磁阀。通过相关算法，初步确定汽车稳定和各个信号之间的关系，并实现侧向稳定性的初步控制。

关键词：侧向稳定性；横摆角；转向不足；转向过多；制动；电磁阀

ABSTRACT

Active braking lateral stability based on cars, use of control system is car actual yaw-rate expectations and drivers to determine the difference in value of car, and introduced the steady-state traffic PianJiao and experience value centroid side got another comparison about turning a stable security coefficient car, hope this improvement and improve automobile in turning process manipulation stability.
Lateral stability control system determine body state unstable, may be understeering or move on to too much. When understeer medial rear brake system when will seriously insufficient, steering wheel, and braking when more than; When there is too much, the system will be steering wheels, and brake lateral stability vehicles, ensure the safety of drivers and passengers.
In order to improve the car lateral stability control this goal, in process control the automobile wheel speed sensors will be uesd, steering wheel Angle sensor, yaw angles and G sensing devices such as signal source, the control part includes braking pressurization motor, two inhaled solenoid valve, two separate solenoid valve, four wheels of intensification and decompression solenoid valves. Through the related algorithm, preliminarily determined each signal car stability and the relationship between the lateral stability, and realize the preliminary control.

Key words: Lateral stability; Yaw angles; Understeer; Steering overmuch; Braking; Electromagnetic valve

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1侧向稳定性控制器的研究意义 1
1.2 侧向稳定性控制器的优点 1
1.3 国内、外的现状 2
1.4 研究内容 2
第2章 侧向稳定性控制器的结构原理和控制方法 4
2.1 汽车侧向稳定性控制器的结构组成 4
2.1.1汽车侧向稳定性控制系统的工作原理 4
2.1.2 侧向稳定性控制车轮制动原理 6
2.1.3质心侧偏角速度与汽车稳定性控制的联系 6
2.1.4横摆角与汽车稳定性控制的联系 7
2.2横摆角速度、质心侧偏角与汽车稳定性的控制策略 8
2.2.1阀门值 和Y+、Y-的确定 9
2.3 控制算法设定占空比 11
2.4 本章小结 11
第3章 硬件系统的选择与设计 12
3.1 控制器硬件系统概要 12
3.2传感器的选择与电路设计 13
3.2.1轮速传感器的选择与电路设计 13
3.2.2 方向盘转角传感器的选择 14
3.2.3横摆角和G传感器总成的选择 15
3.3液压电磁阀回路系统 15
3.3.1液压控制单元结构 15
3.3.2液压电磁阀控制回路 16
3.3.3驱动电路的设计 17
3.3.4驱动电路图 18
3.4飞思卡尔MC9S12XS128单片机 18
3.4.1飞思卡尔S12芯片A/D转化模块特点： 19
3.4.2 PWM的主要特点 19
3.5 本章小结 20
第4章 软件设计 21
4.1 软件设计总体思路 21
4.2方向盘转角（前轮转角）信号的采集 22
4.3横摆角信号与侧向加速度信号的采集 22
4.4 轮速信号采集 23
4.5 PWM寄存器设置 24
4.6判断稳定系控制程序的编写 25
4.7 本章小结 28
第5章 实验与分析 29
5.1程序的下载 29
5.2测试A/D、PWM和I/O 32
5.3 侧向稳定性控制的实验 32
5.4 实验分析和结论 34
5.5 本章小结 35
结 论 36
参考文献 37
致 谢 38
附 录 39
附录A 外文文献 39
附录B 外文文献中文翻译 45
附录C 程序 50

题目名称 汽车侧向稳定性控制器的设计
一、设计目的、意义
目的：在追求安全与动力性越来越高的当今社会，汽车智能制动器扮演了越来越重要的角色，当车辆有侧滑的危险，或者转向不足时，ESP 就会分别对每个车轮施加不同的制动力，就如车辆拥有四个制动踏板。ESP不仅仅只是制动车轮，还能够主动干预发动机。驾驶者只要做出正确的转向操作即可。
意义: 汽车侧向稳定系统或动态偏航稳定控制系统(Elect ronic St abilit y Program，ESP)是防抱死制动系统ABS、驱动防滑控制系统ASR、电子制动力分配系统EBD、牵引力控制系统TCS 和主动车身横摆控制系统，ESP极大的为汽车行驶安全护航保驾，能有效减少汽车在雨、雪、泥、沙、冰等易滑路段的安全行驶
二、设计内容、技术要求（研究方法）
设计的主要内容：参照同类硬件与软件系统，分析原理与优缺点，查阅资料，完成设计方向的认识和确定，参考同类控制器，完成主要技术参数的设定。
设计的主要技术要求：利用现有的器材(轮速传感器、车速传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器)，自备单片机控制系统。利用单片机控制ABS泵电磁阀的开启和关闭，来实现汽车在各种路况的稳态行驶。
三、设计完成后应提交的成果
1、完成设计说明书2万字以上；
2、完成单片机编程，程序完成ESP基本功能；
3、制作基本电路，完成硬件之间的正确链接；
4、调试软件与硬件，做出初步实验数据；
5、分析实验数据，证明设计是合理。

四、设计进度安排
（1）熟悉任务书，了解相关信息，准备资料，填写开题报告 第1~2周
（2）确定控制算法策略 第3~4周
（3）硬件进行设计及电路的设计与制作 第5~7周
（4）用单片机和C语言进行软件编程 第8~11周
（5）进行实验分析 第12~13周
（6）毕业论文总结、评阅、审核及修改不足 第14~16周
（7）为毕业论文答辩做准备及答辩 第17周

五、主要参考资料
1、《 基于直接衡摆力矩控制的汽车稳定性控制策略》 
宗长福 郑宇 田承伟 潘钊 董益亮 吉林大学学报（工业版）2008年9月第38卷第5期
2、《基于嵌入式系统的汽车稳定性控制器的开发和研究》
韩安 东南大学硕士论文 指导教师 陈楠
3、《车辆动力学稳定性系统综合反馈控制仿真》
欧健 房占鹏 重庆理工大学 《拖拉机与农用运输车》 第37卷第3期 2010年6月
4、《车辆横摆稳定控制系统建模及控制方法研究》
李强 硕士论文 哈尔滨工业大学 2009年6月
5、《波许ESP四通的理论分析》陈胜金 李法宗 黄妙华 武汉理工大学汽车工程学院 汽车技术 2004年第二期
6、《基于直接横摆力矩控制的汽车ESP控制系统研究》
唐耀鹏 长安大学说是学位论文 2009年5月
7、《单片机原理及接口技术》 徐煜明 韩雁 主编 电子工业出版社


汽车侧向稳定性控制器的设计[汽车]



内容简介：
毕业设计题目审定表 指导教师姓名 张金柱 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是否 题目名称 汽车侧向稳定性控制器的设计 课题适用专业 车辆工程 课题类型 设计 课题 简介： 本课题主要研究汽车侧向稳定性的控制，主要基于现有的 控制内容进行设计和制作，现有的主要设备是北京现代的 ，其他设备需要足部完善。就目前国际形势来看，主要由博世等世界著名汽车电器制造公司设计和生产制造汽车侧向稳定性控制器，目前国内做此类设计的公司暂时空缺，全国有部分大学从事了侧向稳定性控制器的研究， 为此，我们学校额不例外，特出此题。本设计的主要类容有控制器的设计和控制器的原件的选择，主要是基于横摆角速度展开相关侧向稳定性控制。本设计主要包括执行器的控制，信号的采集，信号的处理，和相关的控制理论和控制算法等。 指导教师 签字： 年 月 日 教 研 室 意 见 1 选题与专业培养目标的符合度 好 较好 一般 较差 2 对学生能力培养及全面训练的程度 好 较好 一般 较差 3 选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 好 较好 一般 较差 4 论文选题的理论意义或实际价值 好 较好 一般 较差 5 课题预计工作量 较大 适中 较小 6 课题预计难易程度 较难 一般 较易 教研室主任 签字： 年 月 日 系 （ 部 ） 教学指导委员会意见： 负责人签字： 年 月 日 注：课题类型填写 会）实际； 。 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 刘平艺 系部 汽车与交通工程 学院 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 张金柱 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 汽车侧向稳定性控制器的设计 一、设计目的、意义 目的 ： 在追求安全与动力性越来越高的当今社会，汽车智能制动器扮演了越来越重 要的角色，当车辆有侧滑的危险，或者转向不足时， 会分别对每个车轮施加不同的制动力，就如车辆拥有四个制动踏板。 能够主动干预发动机。驾驶者只要做出正确的转向操 作即可。 意义 : 汽车 侧向 稳定系统或动态偏航稳定控制系统 (t y 防抱死制动系统 驱动防滑控制系统 电子制动力分配系统 牵引力控制系统 主动车身横摆控制系统 ， 有效减少汽车在雨、雪、泥、沙、冰等易滑路段的安全行驶 二、设计内容、技术要求（研究方法） 设计的 主要内容 ：参照同类硬件与软件系统，分析原理与优缺点，查阅资料，完成设计方向的认识和确定，参考同类控制器，完成主要技术参数的设定 。 设计的主要 技术要求：利用现有的器材 (轮速传感器、车速传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器 )，自备单片机控制系统。利用单片机控制 电磁阀的开启和关闭，来实现汽车在各种路况的稳态行驶。 三、设计完成后应提交的成果 1、 完成设计说明书 2 万字以上； 2、 完成单片机编程，程序完成 本功能； 3、制作基本电路，完成硬件之间的正确链接； 4、调试软件与硬件，做出初步实验数据； 5、分析实验数据，证明设计是合理。 、设计 进度安排 （ 1） 熟悉任务书，了解相关信息，准备资料，填写开题报 告 第 12 周 （ 2）确定控制算法策略 第 34 周 （ 3）硬件进行设计 及电路的设计与制作 第 57 周 （ 4） 用单片机和 C 语言进行软件编程 第 811 周 （ 5）进行实验分析 第 1213 周 （ 6） 毕业论文总结、评阅、审核及修改不足 第 1416 周 （ 7）为 毕业论文答辩做准备及答辩 第 17 周 五、主要参考资料 1、 基于直接衡摆力矩控制的汽车稳定性控制策略 宗长福 郑宇 田承伟 潘钊 董益亮 吉林大学学报（工业版） 2008 年 9 月第 38 卷第 5 期 2、基于嵌入式系统的汽车稳定性控制器的开发和研究 韩安 东南大学硕士论文 指导教师 陈楠 3、车辆动力学稳定性系统综合反馈控制仿真 欧健 房占鹏 重庆理工大学 拖拉机与农用 运输车 第 37 卷第 3 期 2010 年 6 月 4、车辆横摆稳定控制系统建模及控制方法研究 李强 硕士论文 哈尔滨工业大学 2009 年 6 月 5、波许 通的理论分析陈胜金 李法宗 黄妙华 武汉理工大学汽车工程学院 汽车技术 2004 年第二期 6、基于直接横摆力矩控制的汽车 制系统研究 唐耀鹏 长安大学说是学位论文 2009 年 5 月 7、单片机原理及接口技术 徐煜明 韩雁 主编 电子工业出版社 8、单片机原理与应用及 序设计 谢维成 杨加国 主编 清华大学出版社 六、备注 自学 单片机编程与应用 软件。 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 毕业设计 开题报告 学生姓名 刘平艺 系部 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆 工程 07 指导教师姓名 张金柱 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 汽车侧向稳定性控制器的设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 （一）研究现状 汽车侧向稳定性控制器的研究是从 始的。 0 世纪 80 年代开始得到广泛应用，目前在国外已经发展成为一种非常成熟的技术。国内对 研究始于 80 年代初，国内研制 单位主要有东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、重庆宏安 限公司、陕西兴平 514 厂、西安公路学院等单位和部门。东风汽车公司从 80 年代初就开始研究 较早研究 厂家之一，现研究工作的主要目标是对国外的产品进行消化吸收，如将德国瓦布科公司的 于 汽车上进行各种试验。重庆公路研究所相继开发出了两代 品，第一代 用了 280 芯片。第二代 品为 型，该装置的 的 司的 96 系列 8098 单片机，但距离满足实际应用仍有一定的差距。 1998 年，重庆聚能汽车技术有限公司在国内首家推出适合中国国情的电子式抱装置，现已达到年产 50 万套的生产能力，是我国国内最大的 产基地。 电子稳定程序 90 年代初由德国奔驰公司 开发的车辆稳定系统。从 1995 年至今，伴随着理论研究的不断深入和电子技术的发展，汽车稳定性控制得到了很大的发展，并开始作为选装件安装在一些中高档轿车上。德国 论是 还是更先进的 统，技术上都一直处于领先地位，为国际大多数汽车厂商供应 统。 1995 年，博世成为首家把 入量产的公司，早在 1983年，博世的工程师就通过优化的 制系统来增强车 辆在全力制动时的稳定性，博世在1987年注册了相关的专利， 1991 年博世同戴姆勒 995 年 3 月电子稳定控制系统开始批量生产。同年， 功用于梅赛德斯 级车型上。在接下来的数年里，博世不断优化 设计使得 始广泛占领了轿车市场。 目前，全球有 6 家汽车零部件制造商生产 们是德国的博世，日本电装，日本信精工，德国大陆 国德尔福，美国 国内汽车稳定性控制的研究还处在起步阶段，只有少数学者从事控制方法的仿真研究，而且由于缺少 试验条件，研究还不十分深入，现在吉林大学、清华大学、上海交大、西北工大等高校和中国重汽集团、上海大众汽车制造公司等企业也在开展相关的研究工作。东南大学车辆工程系对 统的控制策略和其硬件实现进行了相关研究，并用统实现了对车辆的 制。 （二）选题的目的、意义 由于中国在汽车电子方面起步较晚，大多汽车电子控制系统都是借鉴或者直接引用外国的产品和技术，因此我们的设计基本都处在模仿的阶段。本次课题就是基于单片机、横摆角速度传感仪，车轮角速度传感仪、车速传感器等，实现 部分功能 。 通过查看汽车事故原因的统计和分析结果不难发现，很多重大交通事故中，车辆往往由于在极端环境下车轮失去与地面的附着力而导致失控，例如在紧急避让过程中，突然遇到湿滑、油污路面，或者在过弯当中车速过快而导致的转向不足和转向过度，都有可能让车辆失控。如果汽车装有汽车侧向稳定性控制器（ ,将会大大减少汽车事故发生率，极大的提高汽车在各种路况下的安全行驶性能。 子稳定系统 )通过传感器得知车辆的抱死情况、车辆的横摆惯量 (简单理解为车身倾侧的程度 )，当车辆出现失控趋势时，对特定的车轮给予额外的制运力，甚至通 过调整车辆的牵引力，务求以最大的程度保持住车轮的附着力。在 默默工作下，车辆遇到险情时往往能够化险为夷。对于普通驾驶者而言， 然显得格外重要。 当汽车进行蛇形线路测试的时候就可以有效避免汽车的翻转。 统不仅仅是在干燥路面上提高了汽车的稳定性，还可以在路面附着性比较差的时候，诸如结冰、湿滑，以及碎石等情况下起作用。在上述不利状况下，车轮与路面之问的附着力降低，即使是最好的驾驶员也很难将高速行驶的汽车保持在预定的路线上，汽车容易发生侧滑和跑偏，失去方向稳定性，甚至在急转弯的时候发生翻车事故， 这时就需要一个可靠的汽车侧向稳定性控制器（ 为驾驶员和乘客的安全保驾护航了。 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、研究 汽车侧向稳定性控制器 的 硬件 结构和 软件 驱动原理 ，了解各个传感器（横摆角速度传感器、车速传感器、车轮角速度传感器、方向盘转角传感器）、执行器（ 电磁阀）的功能、驱动方法（电压、电流、频率范围）等。 2、 设计合适的系统扩展电路，计算各个传感器和单片机的接口电路并且制作电路。 3、针对汽车 侧向稳定性控制器的设计要求， 设计以单片机为核心的 制动控制 系统，编写控制程序。 4、开发完成 软件和硬件 控制器 ,进行技术指标的针对性的 试验 。 （二）拟解决的主要问题 1、 对传感器与单片机接口电路的制作。 2、软件编程。 三、 技术路线 （研究方法） 、本次设计的主要技术指标： 适用于轻型车 ；利用横摆角速度、车速传感器、车轮角速度传感器等 ，利用差动制动 实现汽车横摆力矩 稳定性 控制 。 、硬件功能分析：车轮角速度传感器个，通过左右车轮角速度分析，得出左右车轮是否打滑，是否处于不同条件路面。横摆角和传感器总 成（北京现代），判断汽车的侧向稳定性程度的一个指标。 电子尺， 判别汽车转向，控制后单轮帮助矫正转向不足或者过多转向。车速传感器（霍尔原理），与车轮转角传感器做比较分析，判别车轮的滑移率。泵电磁阀，由电路控制开启和关闭，是制动压力增大或减小或者保持制动压力。软件功能，利用汇编语言完成传感器与执行器的联系，完成功能。 、各个传感器与单片机之间的 连接 电路的设计，做好限电压限电流的准备，保护单片机 与传感器的功能与性能。 、把设计好驱动放大电路做成电路硬件。 1、确定本次设计 技术指标 2、完成功能指标的硬件与软件分工 硬件 软件 3、 传感器 接口电路的设计 6、 软件结构设计 4、 传感器 接口电路的制作 7、程序编制 5、硬件电路的测试 8、软件测试 9、 统测试与实验 、用万用表测量电路的各个接口端，看 电路是否设计正确合理。 、设计软件设计的流程图。 四、 进度安排 （ 1）熟悉任务书， 准备资料，填写开题报告 第 12 周（ 2 月 28 日 3 月 13 日） （ 2） 确定控制算法策略 第 34 周（ 3 月 14 日 3 月 27 日） （ 3） 对硬件进行设计 及电路的设计与制作 第 56 周（ 3 月 28 日 4 月 10 日） （ 4） 用单片机 和 C 语言进行软件编程 第 712 周（ 4 月 11 日 5 月 22 日） （ 5）进行实验 . 第 13 周（ 5 月 23 日 5 月 29 日） （ 6）指导老师 评阅、审核及修改不足 第 1416 周（ 5 月 30 日 6 月 19 日） （ 7） 毕业 设计 答辩 第 17 周（ 6 月 20 日 6 月 26 日） 五、 参考文献 1李朝青 M 2005， (10). 2谢维成 ,杨加国 51 程序设计 M2006,(8). 3李涵武 ,赵雨旸 M2003,(9). 4王望予 计 M2004,(8). 5韩安 嵌 入 式 系 统 的 汽 车 稳 定 性 控 制 器 的 开 发 和 研 究 D2009,(4). 6宗长福 ,郑宇 ,田承伟 ,潘钊 ,董益亮 J吉林大学学报， 2008,(9). 7欧健 ,房占鹏 . 车辆动力学稳定性系统综合反馈控制仿真 J2010,(6). 8陈胜金 ,李法宗 ,黄妙华 . 波许 通的理论分析 J2004,(2). 9 李君车辆 制系统快速开发研究 D上 海交通大学 ,2002. 10杨妙梁 J万方数据， 2005， （ 1. 11赵林峰 ,陈无畏 ,秦炜华 ,杨军 制策略 J肥 :合肥工业大学机械与汽车工程学院 ,2011:109 12谭刚平 ,赵龙庆 辑门限值控制策略研究 J,西南林学院学报 ,2006,(4):83 85. 13,D , J,1995. 14 ,邵贝贝译 uc/北京航空航天大学出版社 ,2005,115涂志祥 究 D. 湖南 :长沙理工大学汽车与机械工程学院 , 2004: 4916王家辉 统半动态测试台架开发 D上海交通大学， 2004,3. 17郭宽有 J自然科学版 )， 2007,10:28六、备注 指导教师意见： 签字 : 年 月 日 毕业设计（论文） 开题报告 设计（论文）题目 : 汽车侧向稳定性控制器的 设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 学 生 姓 名 : 刘平艺 导 师 姓 名 : 张金柱 开 题 时 间 : 2011 年 02 月 28 号 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）指导记录 日期 地点 办公室 指导方式 面授 指导 记录 （ 指导内容 、存在问题及解决 思路 ） 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 地点 办公室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 地点 办公室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 毕业设计（论文）中期 检 查表 填表日期 年 月 日 迄今已进行 周剩余 周 学生姓名 刘平艺 系部 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆 导教师姓名 张金柱 职称 教授 从事 专业 是否 外聘 是否 题目名称 学 生 填 写 毕业设计（论文）工作进度 已完成主要内容 待完成主要内容 存在问题及努力方向 学生签字： 指导教师 意 见 指导教师签字： 年 月 日 教研室 意 见 教研室主任 签字： 年 月 日 毕业设计指导教师评分表 学生姓名 刘平艺 系部 汽车与交通工程 学院 专业、班级 车辆 导教师姓名 张金柱 职称 教授 从事 专业 是否 外聘 是否 题目名称 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能 力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性 ；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语： （参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 指导教师 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 评阅人评分表 学生 姓名 刘平艺 专业 班级 车辆工程 指导教 师姓名 张金柱 职称 教授 题目 汽车侧向稳定性控制器的设计 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力 ；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性 ；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 的使用等） 5 得 分 Y= 评 语： （ 参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点 ） 评阅人 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 答辩评分表 学生 姓名 刘平艺 专业 班级 车辆 导 教师 张金柱 职 称 教授 题目 汽车侧向稳定性控制器的设计 答辩 时间 月 日 时 答辩组 成员姓名 出席 人数 序号 评 审 指 标 满 分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、 与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量， 设计 的规范化程度 （设计栏目齐全合理、 、实用性、科学性和创 新 性 15 5 毕业 设计 答辩准备情况 5 6 毕业 设计 自述情况 20 7 毕业 设计 答辩回答问题情况 30 总 分 Z= 答辩过程记录 、评语 ： 答辩组长 签字 ： 年 月 日 毕业设计（论文）成绩评定表 学生 姓名 刘平艺 性别 男 系部 汽车与交通工程学院 专业 车辆工程 班级 计（论文）题目 汽车侧向稳定性控制器的设计 指导教师姓名 职称 指导教师 评分（ X） 评阅教师姓名 职称 评阅教师 评分（ Y） 答辩组组长 职称 答辩组 评分（ Z） 毕业设计（论文）成绩 百分制 五级分制 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （盖章）： 系部公章： 年 月 日 注： 1、 指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩 百分制 =、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。 优秀毕业设计推荐表 题 目 汽车侧向稳定性控制器的设计 类别 毕业设计 学生姓名 刘平艺 系、专业、班级 汽车与交通工程学院车辆工程 07 指导教师 张金柱 职 称 教授 设计成果明细： 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （盖章）： 系部公章： 年 月 日 备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文或毕业设计 毕业设计过程管理材料 题 目 汽车侧向稳定性 控制器的设计 学生姓名 刘平艺 院系 名称 汽车与交通工程学院 专业班级 车辆工程 07 指导教师 张金柱 职 称 教授 教 研 室 车辆工程 起止时间 2011 2 28 务 处 制 本科学生毕业 设计 汽车侧向稳定性控制器的设计 院系 名称： 汽车 与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 07 学生姓名 ： 刘平艺 指导教师： 张金柱 职 称： 教授 黑 龙 江 工 程 学 院 二 一一 年六月 s 011黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 基于汽车主动制动侧向稳定系控制系统，使用的是汽车实际横摆角速度与驾驶员期望值的差值来判定汽车的稳态，同时引 入了车辆质心侧偏角与经验值进行比较得到了另个一关于汽车转弯稳定的安全系数，希望由此改善和提高汽车在转弯过程中的操纵稳定性。 侧向稳定性控制系统 判定 车身状态不稳定时，可能是转向不足或者是转向过多。当 转向不足 时系统将 制动内侧后轮， 转向严重不足时，同时制动多个车轮；当出现转向过多时，系统将制动外侧车轮， 从而稳定车辆 ，保证驾驶员和乘客 的安全。 为了提高汽车侧向稳定性控制这个目标，在控制过程中使用了汽车轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角和 G 传感仪等信号源，控制部分包括制动增压电机、两个吸入电磁阀、两个隔离电磁阀、四 个车轮的增压和减压电磁阀。通过相关算法，初步确定汽车稳定和各个信号之间的关系，并实现侧向稳定性的初步控制。 关键 词 ：侧向稳定性；横摆角；转向不足；转向过多；制动；电磁阀 黑龙江工程学院本科生毕业设计 on of is to in of a in be or on to is be of In to in be as of 龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 1 . 1 向稳定性控制器的优点 . 1 内、外的现状 . 2 究内容 . 2 第 2 章 侧向稳定性控制器的结构原理和控制方法 . 4 车侧向稳定性控制器的结构组成 . 4 . 4 向稳定性控制车轮制动原理 . 6 . 6 . 7 心侧偏角与汽车稳定性的控制策略 . 8 和 Y+、 . 9 制算法设定占空比 . 11 章小结 . 11 第 3 章 硬件系统的选择与设计 . 12 制器硬件系统概要 . 12 . 13 . 13 向盘转角传感器的选择 . 14 传感器总成的选择 . 15 . 15 . 15 . 16 黑龙江工程学院本科生毕业设计 . 17 . 18 片机 . 18 12芯片 A/ . 19 . 19 章小结 . 20 第 4 章 软件设计 . 21 件设计总体思路 . 21 轮转角）信号的采集 . 22 . 22 速信号采集 . 23 . 24 . 25 章小结 . 28 第 5 章 实验与分析 . 29 . 29 、 I/O . 32 向稳定性控制的实验 . 32 验分析和结论 . 34 章小结 . 35 结 论 . 36 参考文献 . 37 致 谢 . 38 附 录 . 39 附录 A 外文文献 . 39 附录 B 外文文献中文翻译 . 45 附录 C 程序 . 50 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪论 向稳 定性控制器的研究意义 在汽车数量急剧增长的今天，汽车安全性能越来中重要了，随着汽车使用率的增加，汽车交通事故率也随之直线上升。在很多重大交通事故中，车辆往往由于在极端环境下车轮失去与地面的附着力而导致失控。例如在紧急避让过程中，突然遇到湿滑、油污路面，或者在过弯当中车速过快而导致的转向不足和转向过度，都有可能让车辆失控。 侧向稳定性控制器 通过传感器得知车辆的抱死情况、车辆的横摆惯量 (简单理解为车身倾侧的程度 )，当车辆出现失控趋势时，对特定的车轮给予额外的制运力，甚至通过调整车辆的牵引力，务求以最大的程度保持 住车轮的附着力。在 侧向稳定性控制器的默默工作下，车辆遇到险情时往往能够化险为夷。对于普通驾驶者而言， 侧向稳定性控制器 显得格外重要。 当汽车进行蛇形线路测试的时候就可以有效避免汽车的翻转。 侧向稳定性控制 系统不仅仅是在干燥路面上提高了汽车的稳定性，还可以在路面附着性比较差的时候，诸如结冰、湿滑，以及碎石等情况下起作用。在上述不利状况下，车轮与路面之问的附着力降低，即使是最好的驾驶员也很难将高速行驶的汽车保持在预定的路线上，汽车容易发生侧滑和跑偏，失去方向稳定性，甚至在急转弯的时候发生翻车事故，这时就需要 侧向稳定 性控制 系统来拯救生命，减少 、 减轻意外交通事故的发生。 向稳定性控制器的优点 侧向稳定性控制 系统由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的速度转动）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令 ，侧向稳定性控制器能 有效的增强了汽车的安全性能。 (1)能控制启动防滑，有效加速启动，在加速阶段使汽车得到最大的驱动力 。 (2)制动防抱死，防止汽车出现因制动 抱死而失去转向控制，有效减少制动距离。 (3)横摆力矩的控制，有效避免超速时的转弯不足和过多转向，极大的减少了车辆因转向过多而侧翻以及因转向不足而冲出弯道引发的交通事故。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 内、外的现状 汽车侧向稳定性控制器的研究是从 始的。 20 世纪 80 年代开始得到广泛应用，目前在国外已经发展成为一种非常成熟的技术。国内对 研究始于 80年代初，国内研制 单位主要有东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、重庆宏安 西兴平 514厂、西安公路学院等单位和部门。东风汽车公司从 80年代初 就开始研究 较早研究 厂家之一，现研究工作的主要目标是对国外的产品进行消化吸收，如将德国瓦布科公司的 于 汽车上进行各种试验。重庆公路研究所相继开发出了两代 一代 80芯片。第二代 品为 型，该装置的 的 处理器采用了美国 96 系列 8098 单片机，但距离满足实际应用仍有一定的差距。 1998 年，重庆聚能汽车技术有限公司在国内首家推出适合中国国情的电子式 抱装置，现已达到年产 50万套的生产能 力，是我国国内最大的 电子稳定程序 ( 90 年代初由德国奔驰公司开发的车辆稳定系统。从 1995年至今，伴随着理论研究的不断深入和电子技术的发展，汽车稳定性控制得到了很大的发展，并开始作为选装件安装在一些中高档轿车上。德国 司一直是这方面技术的领先者，无论是 术上都一直处于领先地位，为国际大多数汽车厂商供应 1995年，博世成为首家把 在 1983 年，博世的工程师就通过优化的 辆在全力制动时的稳定性，博世在 1987年注册了相关的专利， 1991年博世同戴姆勒 1995年 3月电子稳定控制系统开始批量生产。同年，奔驰汽车的 接下来的数年里，博世不断优化 目前，全球有 6 家汽车零部件制造商生产 们是德国的博世，日本电装，日本爱信精工，德国大陆 国德尔福，美国 国内汽车稳定性控制的研究还处在起步阶段，只有少数学者从事控制方法的仿真研究，而且由于缺 少试验条件，研究还不十分深入，现在吉林大学、清华大学、上海交大、西北工大等高校和中国重汽集团、上海汇众汽车制造公司等企业也在开展相关的研究工作。 究内容 本次研究的内容为汽车侧向稳定性控制器的设计 ，主要 研究内容 如下 ： （ 1） 研究 汽车侧向稳定性控制器 的 硬件 结构 和工作 原理 ，了解各个传感器（横摆黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 角速度传感器、车速传感器、车轮角速度传感器、方向盘转角传感器）、执行器（ 功能、驱动方法（电压、电流、频率范围）等。 （ 2）根据设计要求和硬件条件， 设计合适的扩展电路， （ 3） 针对汽车 侧向稳定性控 制器的设计要求， 设计以单片机为核心的 侧向稳定性控制系统，编写控制程序。 （ 4） 开发完成 软件和硬件 控制器 ,进行技术指标的针对性的 试验 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章 侧向稳定性控制器的结构原理和控制方法 车侧向稳定性控制器的结构组成 图 向稳定性控制器结构组成 控制器主要包括三部分：信号输入、计算控制、响应输出三部分。 信号输入包括：前轮或方向盘转角信号、横摆角速度信号、侧向角速度信号、 4个车轮转速信号、 主缸压力信号等。 计算控制部分主要由飞思卡尔 片机处理信号输入，做出分析，然后判断输出，达到控制的目的。 输出响应部分包括： 4个增压阀（常开）、 4个减压阀（常闭）、 2个吸入阀（常闭）、2个隔离法（常开）、 2个吸入泵、 1个电机。 车侧向稳定性控制系统的工作原理 汽车稳定性 控制系统的 据方向盘转角传感器和 车速信号，通过计算来 判断驾驶员的驾驶意图，计算出理想的车辆运行状态值。 据检测得到的实际车辆状态与理想车辆状态的误差，通过一定的控制逻辑计算出可以使车辆恢复稳定的汽车横摆 力矩，然后通过控制液压调节器的电磁阀开关动作调节制动系统各制动轮缸的压力来实现所需要的汽车横摆力矩。改变后的车辆运行状态由传感器测量到 后再进行下一循环的控制，从而使汽车保持稳定。这就是汽车稳定控制的一般工作原理。 下面以在低附着路面上紧急换道时的情况为例进行详细说明。图 图 别为不施加稳定性控制和施加稳定性控制时车辆的运行情况。图 ， 1 为汽车直线行驶，没有施加稳定性控制的车辆驾驶员向左打方向盘 2 进行换道操作，由于路面的摩擦系数不能提供足够的侧向力，于是在位置 3 时发生了过度转向。 这时车辆急速沿逆时针方向旋转，为了弥补这种过度转向，驾驶员在位置 4 时向右急打方向盘作为信号输入 计算控制 传感器 控制输出 执行器 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 补偿，由于补偿过度车辆又在位置 5 时发生了过度转向，使得车辆急速沿顺时针方向旋转。由于此时车辆的质心侧偏角很大，驾驶员通过方向盘对车辆的控制效果不明显，从而引起慌乱，于是车辆失去控制而甩出。 图 不施加汽车稳定控制的车辆在低附着路面上紧急换道 由图 可以看出，施加稳定性控制的车辆驾驶员向左打方向盘 2 进行换道操作，同样在位置 3 时发生了过度转向，汽车稳定控制系统检测到车辆发生了不稳定状态，于是通过对液压调节器的 调节使车辆产生抵消当前过度转向趋势的沿顺时针方向的横摆力矩，使车辆尽量按照驾驶员的操作来运行。在位置 4 时驾驶员向右打方向盘完成换道操作，在位置 5 时又发生了不稳定情况，汽车稳定控制系统通过施加逆时针方向的汽车横摆力矩纠正了不稳定趋势。因此，尽管路面附着系数比较低，但在汽车稳定控制系统的辅助下车辆还是比较好地依照驾驶员的意图完成了换道操作。可见，汽车稳定控制在保障汽车稳定方面具有很大的优势。一般认为，安装汽车稳定控制系统相对于没有安装在以下几种情况下具有明显效果：紧急移线或在低附着路面上移线；移线过程中突然制动 ；在幅值很大的方向盘转角下连续躲避障碍；转向时伴随着加速或制动。 图 施加汽车稳定控制的车辆在低附着路面上紧急换道 如上所述，当汽车行驶在路面摩擦系数较低或者紧急转向时是汽车最容易发生交通事故的工况，汽车稳定控制系统在这些比较极端的工况下具有明显的控制效果，因而可以大大提高汽车的主动安全性。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 向稳定性控制车轮制动原理 如图 2 1所示，车辆在制动时轮胎受到的受力分析。主要有地面对车轮产生的与车辆行进方向相反的摩擦力面对轮胎的法向反作 用力 同时地面还对轮胎有侧向的侧滑摩擦力面制动力间的比值称为纵向附着系数滑摩擦力和法向反作用力之间的比值为侧向附着系数 图 由于法向作用力在车辆行驶的过程中保持不变，因此， 车辆制动时的纵向制动力和侧向制动力与纵向附着系数向附着力越大，刹车的距离越短，向附着力越大，车辆在制动的过程中越容易控制方向，保证车辆不会产生侧滑。 心侧偏角速度与汽车稳定性控制的联系 汽车在弯道时，由于本身就会产生横摆和质心侧偏而引起失去弯道的跟踪能力，从而跑出弯道失去控制稳定 性，汽车在失去稳定的状态，受环境的影响很大，当达到极限附着力的时候，汽车的动力学性能将被改变。 汽车的侧偏力是由于路面的侧向倾斜，侧向风或者汽车沿着曲线行驶时的离心力等作用，随之使侧偏角增加。路面情况不同，将会使车轮达到极限侧偏的时间也不同，汽车达到饱和的时候侧偏角的大小也不相同，高附着系数轮胎的侧向极限比低附着系数的轮胎的极限侧偏角要大。 在本实验中，认定车轮的侧偏系数是不变的。因此汽车的质心侧偏只与车速相关。相关实验证明，汽车的不稳定状态出现的时候，汽车的质心侧偏角 增加很明显，所以将质心侧偏角 引入控制范围，相关数据表明，在低附着系数的路面，质心侧偏对车辆的稳定性状态有很大的影响。简单的说，车辆稳定运行时，地面的附着系数越低，车辆允许的质心侧偏角就越小。质心侧偏角的定义方法如下图 示， 汽车黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 车身坐标系，汽车的合速度与 。 图 心侧偏角示意图 质心侧偏公式如下： （ 质心侧偏侧偏角速度公式： （ 是两个相邻控制周期质心侧偏角速度的差值， 制的周期，在这里设置为 如公式（ 12 （ 摆角与汽车稳定性控制的联系 与汽车稳定性紧密相关的另一个变量是横摆角速度，本设计主要就是基于横摆仪的信号来控制车辆的稳定性的，在此前，先引入二自由度汽车模型。 为了方便控制，设计和分析中将忽略转向系统的影响，既方向盘的输入角度到前轮的转角，可以认为是等效的，同时特定的认为：汽车沿 x 轴的前进速度视为不变，汽车只有沿着 y 轴的侧向运动和绕着 z 轴的横摆运动。此外，汽车的侧向加速度限定在 略左右轮胎的因载荷不同变化而引起的轮胎特性变化以及轮胎的回正力矩。因此，可以说把汽车简化为摩托车的模型 ，整个系统概括为：一个由前后两个有侧向弹性轮的轮胎支撑地面，具有侧向及横摆运动的二自由度的汽车模型。龙江工程学院本科生毕业设计 8 图 自由度汽车模型 通过二自由度汽车模型，引入理想横摆角速度 : Y )k+(1= 2 （ 理想横摆角速度，单位 (s) 参考车速 ,单位 (m/s)； 前轮转角，单位 (s)； L 轴距，单位 m，在这里取 K 系数取值范围 其中方向盘转速与轮速之间的转换可认为是理想的，忽略方向转角与前轮转角的差值， 横摆角速度直接表征的量就是汽车的转向不足与转向过多 ,如果定义汽车实际的横摆角速度为 Y,用实际横摆角速度 公式如下： Y（ 定义横摆角速度向左为正，向右为负。 摆角速度、质心侧偏角与汽车稳定性的控制策略 在控制中，设置横摆角速度阀门值为 Y+ 和 质心侧偏角速度 的阀门值设定黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 为 +B，控制策略如下表 表 制策略 参考变量 控制策略 右前 右后 左前 左后 0W +YY B + 小增 小增 小增 0W +YY +Y- + 小增 0W +Y- 小增 大 增 0W B + 小增 小增 小增 0Y 大 增 小增 0=255) ; 轮速控制范围假设为
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本文标题：汽车侧向稳定性控制器的设计【3张图/19300字】【优秀机械毕业设计论文】
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