纯电动汽车电动助力转向系统机理研究与设计

【摘要】：随着现代控制理论和微电子技术的发展,电动助力转向系统(EPS)已经成为近年来车辆工程领域中的一个研究热点,越来越受到大专院校、科研机构和汽车厂家的关注。本论文以纯电动汽车的转向轴式电动助力转向系统为主要研究对象,采用理论分析、计算机系统仿真、台架和实车实验研究相结合的方法,对轴助力式EPS的工作机理进行了深入系统的研究,主要研究内容如下: 1、详细分析了电动助力转向系统的工作原理及其特点,其后对系统的控制策略和算法进行了深入研究,通过分析车辆和驾驶员对转向控制的要求和特点,确定了对助力特性的基本要求。 2、在电动助力转向控制中采用了助力控制、回正控制、阻尼控制和补偿控制等控制策略,同时分析和比较了三种助力特性曲线,提出了适用于纯电动汽车EPS的理想助力模型,由该模型得到的助力特性曲线为小转角时为直线型而大转角时为斜率变化较大的二次曲线,并给出了实现该特性曲线的基本算法,该算法在以后的计算机仿真和实际控制器设计及台架和实车实验中检验了其正确性。确定的该助力模型及由此得出的助力曲线,很好地兼顾了转向轻便性和路感的关系。 3、将ADAMS动力学仿真软件引入到EPS系统中,进行纯电动汽车整车ADAMS建模,在ADAMS/car中建立了包括前/后悬架、转向系统、前后车轮及路面谱在内的整车多体动力学仿真模型,并进行了整车稳态转向仿真试验。同时还在Matlab/Simulink环境中建立了电动助力转向系统新型助力特性的曲线控制策略和控制器的控制模型,将ADAMS/car中所建立的整车模型通过软件接口导入到MATLAB/simulink中,与MATLAB中建立的EPS控制系统的仿真模型连接起来,将ADAMS/car与Matlab/Simulink相结合,进行复杂的联合仿真分析。仿真结果说明以ADAMS中建立的整车动力学模型与MATLAB中建立的控制系统的数学模型联合起来研究电动助力转向系统是有效的。同时,仿真结果也证明了本文提出的控制策略和算法的正确性和有效性。 4、进行了EPS系统的软硬件设计,从硬件和软件上开发了基于纯电动汽车的电动助力转向系统,实现了EPS的主要功能。详细分析了EPS系统的关键零部件的选用及匹配原则,针对ECU输入和输出信号的不同特点进行了分析,设计了相应的处理控制电路。助力电机采用直流永磁有刷电机,由4个NMOS管构成的H桥驱动,其控制采用脉宽调制PWM和助力电机电流Fuzzy PID的反馈控制。系统软件分上下两层,上层完成控制策略与算法,下层完成助力电机电流的闭环控制,并给出主要软件模块流程图,为进一步模拟试验提供了实验基础。 5、研究了电动助力系统台架实验方案。对实验需要的各种车辆运行工况的信号的模拟方法进行了分析和确定,电动机的转速、车速、直接由信号发生器输入ECU,转向扭矩信号和转角信号取自传感器,然后输入ECU,转向阻力矩采用弹簧模拟,完成了EPS实验台架的设计,并在该台架上进行了有无EPS助力的对比试验。实验结果表明加入EPS后转向轻便性大大提高,随后进行了相关的实车实验。 6、提出了低速转向情况下的柔性电流过渡方法的算法并加以实现,可以大大减少因为电流大的波动导致的方向盘的抖动。 7、进行了软硬件系统的抗干扰性和可靠性研究,并进行了与纯电动汽车上层控制器的通信实验研究。 本文的理论分析、计算机仿真与台架、实车的实验结果吻合良好,对于电动助力转向系统的基础研究、设计开发及其应用具有重要的理论意义和现实意义。 【关键词】：电动助力转向系统 纯电动汽车 机理研究 控制策略 联合仿真 电子控制单元 台架及实车实验
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U469.72;U463.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第1章 引言12-33
• 1.1 课题来源12
• 1.2 汽车转向系统概述12-14
• 1.3 电动助力转向系统的特点14-16
• 1.4 电动助力转向系统的分类及工作原理16-17
• 1.5 国内外电动助力转向研究现状17-26
• 1.5.1 国外研究现状17-22
• 1.5.2 国内研究现状22-26
• 1.6 电动助力转向系统的应用发展趋势26-29
• 1.7 论文研究意义29-30
• 1.8 论文的主要研究内容及研究的技术路线30-33
• 第2章 纯电动汽车EPS控制策略和算法研究33-58
• 2.1 纯电动汽车情况介绍33-35
• 2.1.1 纯电动车基本情况33-34
• 2.1.2 整车布置34-35
• 2.2 EPS控制策略及算法35-46
• 2.2.1 助力控制模式及控制策略35-41
• 2.2.2 回正控制模式41-43
• 2.2.3 阻尼控制模式43
• 2.2.4 EPS工作模式的判断算法43-45
• 2.2.5 EPS的补偿控制算法45-46
• 2.3 纯电动汽车转向助力特性曲线设计方法与步骤46-51
• 2.3.1 小转角时直线型助力曲线参数的确定47-49
• 2.3.2 大转角时曲线型助力特性参数的确定49-51
• 2.4 EPS助力控制算法研究51-57
• 2.4.1 助力电流常用的控制算法51-53
• 2.4.2 模糊控制技术在EPS中的应用53-57
• 2.4.3 对EPS助力曲线中柔性启动/停止的电流控制算法研究57
• 2.5 本章小结57-58
• 第3章 纯电动汽车整车ADAMS建模58-75
• 3.1 整车建模理论58-59
• 3.1.1 ADAMS建模步骤58-59
• 3.1.2 整车建模的假设59
• 3.2 整车建模参数准备59-60
• 3.3 整车子系统建模60-72
• 3.3.1 设置建模的基本环境60-61
• 3.3.2 悬架的建立61-67
• 3.3.3 转向系统的建立67-68
• 3.3.4 轮胎模型的建立68-70
• 3.3.5 电动车车身模型的建立70-71
• 3.3.6 车辆动力系统建模71-72
• 3.4 整车的装配72-73
• 3.5 整车的调试73-74
• 3.6 本章小结74-75
• 第4章 电动助力转向控制系统建模及联合仿真75-88
• 4.1 转向系统的动力学模型的建立75-77
• 4.2 联合仿真系统的实现77-82
• 4.2.1 联合仿真的基本方法77-78
• 4.2.2 联合仿真系统的实现78-82
• 4.3 联合仿真结果的分析82-87
• 4.3.1 典型工况下情况对比82-87
• 4.3.2 对仿真结果的分析87
• 4.4 本章小结87-88
• 第5章 电动助力转向控制系统软硬件的实现88-114
• 5.1 电动助力转向系统ECU的硬件结构88-89
• 5.2 微处理器89
• 5.3 各种输入信号的处理89-95
• 5.3.1 扭矩信号及转角信号的处理90-94
• 5.3.2 车速信号的处理94
• 5.3.3 车辆驱动电动机转速信号的处理94-95
• 5.3.4 与内燃机汽车的区别95
• 5.4 电机驱动电路95-103
• 5.4.1 直流电机的控制方式95-96
• 5.4.2 电动机PWM调压控制96-98
• 5.4.3 PWM信号开关频率的选择98
• 5.4.4 H桥驱动电路98-102
• 5.4.5 H桥驱动电路死区时间的考虑102
• 5.4.6 电路的保护设计102-103
• 5.5 电机实际电流的检测103-105
• 5.6 离合器控制电路105-106
• 5.7 EPS控制器软件设计概述106-111
• 5.7.1 EPS控制程序的总流程图106-107
• 5.7.2 基本助力子程序流程图107-108
• 5.7.3 A/D采样子程序流程图108-109
• 5.7.4 回正控制子程序流程图109
• 5.7.5 阻尼控制子程序流程图109-110
• 5.7.6 数字滤波子程序110-111
• 5.8 EPS控制器的可靠性及安全性111-113
• 5.9 本章小结113-114
• 第6章 电动助力转向系统台架及实车实验114-123
• 6.1 电动助力转向系统台架实验的必要性114-115
• 6.2 电动助力转向系统实验台架的组成115-116
• 6.3 台架实验及结果分析116-120
• 6.3.1 车速信号的模拟116
• 6.3.2 相关信号的采样116-117
• 6.3.3 基本台架实验内容及结果评价117-120
• 6.4 实车实验120-122
• 6.4.1 装车实验120-122
• 6.4.2 测试项目和结果122
• 6.5 本章小结122-123
• 第7章 总结与展望123-127
• 7.1 研究工作总结123-124
• 7.2 本文主要创新点124-125
• 7.3 后期工作的展望125-127
• 致谢127-128
• 参考文献128-136
• 攻读学位期间的研究成果136

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于人工免疫算法的EPS控制算法及其仿真研究    宁胜花

汽车电动助力转向系统的仿真分析    蒋芬;钟绍华;

电动助力转向系统转矩控制策略    高明;倪长明;许南绍;

电动助力转向系统电感式转矩传感器的研究    季学武;刘学;孙凌玉;

转矩传感器发展现状    刘仁,叶树亮,邓玉坤,焦国昌,郭旭光

基于MATLAB/SIMUlink直流电机调速系统模糊控制的建模与仿真    张晶,曾宪云

IR2111和IR2130在PWM直流伺服系统中的应用    逄海萍

汽车电动助力转向系统的建模与仿真    吴亦君;

电动助力转向系统匹配设计的研究    施国标,林逸,邹常丰,陈万忠,王望予

电动转向系统助力特性研究    王豪,许镇琳,张海华,尚喆

汽车电动助力转向系统的现状与发展    李慧琪;李伟光;王元聪;

基于ADAMS的汽车电动助力转向系统仿真分析    陈丽

FPGA应用技术及在电力系统中的应用前景    张志杰,叶海峰,汪翔

专家PID温度控制在高真空磁控溅射镀膜机中的应用研究    范程华;朱武;

MATLAB/Simulink在《电力电子技术》教学研究中的应用    吴剑威;唐立新;

汽车助力转向技术的发展    应艳杰;戴安佳;

基于神经网络参数自整定PID控制的应用    胡龙军;陈一波;陶吉利;

过程控制系统课程教学改革的探索与实践    沈亚斌;赵涛;陈桂;

智能型无功补偿控制器的研制    李淼;

利用PSPICE仿真分析PWM控制电路    赵涛,姜卫东

高等农业院校机械制造课程教学改革研究    杨义;孔晓玲;尹成龙;

水稻插秧机分插机构的轨迹规划和运动仿真    王玉;

基于ADAMS/Car Ride车辆平顺性仿真研究    宋宇;郑泉;陈黎卿;

琅琊山电站机组变频启动时转子位置计算的介绍    汪卫平;

新型智能变增益单神经元PID控制算法    李俊丽;张光辉;祝晓红;

基于模糊免疫控制的PI调速器设计    王旭光;孙衢;

Research of PID Parameter Optimization based-on Cultural based Ant colony Algorithm for Superheated Steam Temperature    

一种基于RBF在线辨识的单神经元自抗扰控制器    苏思贤;杨慧中;

基于PLC控制的PWM调节电容型SVC的研究    韩琳;李士杰;方科;张进;

Polygonal Curves of Assistant Torque Characteristic Design for Electric Power Steering System    

基于模糊PID复合前馈控制的电脑横机定位控制系统    潘海鹏;冯孝燕;苏良瑶;

模糊PID控制算法在磨机给矿控制中的研究与应用    王荣彦;姜一峰;许英恩;

神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究    汪木兰

汽车动力总成悬置系统隔振分析与优化研究    时培成

类菱形车转向系统研究与分析    查云飞

线控转向系统主动安全预测控制策略的研究    罗石

整体耦合式消扭悬架系统原理及其运动学和动力学研究    童伟

低噪声轻量化单缸柴油机的虚拟设计技术研究    杨陈

四频差动激光陀螺相关技术研究    杨建强

基于磁开关和带状线的长脉冲、超低阻抗脉冲发生器及其相关技术研究    杨实

变转速泵控差动缸及低能耗注塑机技术研究    张红娟

感应电机无速度传感器直接转矩控制关键技术研究    张志锋

基于DSP的铜材连铸水平牵引变频调速控制系统研究    汪鹏飞

基于ARM的电阻点焊控制器    徐旭

基于ARM的三自由度直升机嵌入式控制系统设计    苗晋玲

基于液压制动行星调速软起动系统的研究设计    岳光亮

井下煤仓清仓机器人机械臂结构设计与新型清仓技术研究    詹峰

立式刨切机机构设计优化    于张喜

小口径深井救援机器人的设计研究    孙晓红

矿用液压支架搬运车辆结构设计与液压驱动系统性能研究    于振涛

基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计    刘鲁艳

改善永磁接触器动态分断过程的方法研究    张钢岭

人工免疫控制器的设计及其控制效果的仿真    付冬梅,郑德玲,位耀光,周颖,鞠磊

基于转向盘转动速度变转矩控制的电动助力转向系统    高明;朱懿韬;许南绍;

基于S模型的水下机器人改进人工免疫控制器    唐旭东;庞永杰;李晔;

改进型免疫算法PID设计及在调速系统中的应用    王强;钱敏;陈军;王学良;

EPS参数的优化设计及仿真    臧怀泉;刘敏;

电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响    任卫群;陈慧鹏;谢彬;宋健;

基于AMESim和Simulink的汽车电动助力转向系统的联合仿真    王康康;唐岚;黎长青;

基于人工免疫系统的数据挖掘技术原理与应用    莫宏伟,吕淑萍,管凤旭,徐立芳,马忠丽,王辉

一种基于模仿者动态模型的免疫算法    谭光兴;毛宗源;

基于克隆选择的锌钡白煅烧过程数据挖掘    谭光兴;杜启亮;毛宗源;

汽车电动助力转向系统动力学分析与控制方法研究    刘照

基于分岔理论的电动助力转向系统控制策略及其对汽车操纵稳定性影响的研究    李强

基于预测控制的汽车主动悬架与电动助力转向系统集成控制优化设计    吴勃夫

机械臂液压驱动系统设计与模糊免疫PID控制策略研究    廖亦凡

电动助力转向系统建模与仿真研究    卢娟

汽车电动助力转向系统动力学分析与仿真    王勇

基于主被动集成的汽车安全控制系统建模与仿真    冯广刚

基于模糊PID线控转向系统前轮转角控制    李珊;谭光兴;林川;杨叙;简文国;

新型电子控制电动助力转向系统    朱迅

电动式动力转向系统(EPS)原理浅析    郭丽萍

计算机控制的汽车电动助力转向系统    郁明 ,王启瑞 ,黄森仁

微型遥测扭矩仪    翁桂荣,岳强,金志峰

汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势    林逸,施国标

电动助力转向系统匹配设计的研究    施国标,林逸,邹常丰,陈万忠,王望予

电动转向系统助力特性研究    王豪,许镇琳,张海华,尚喆

电动助力转向系统建模与控制策略研究    申荣卫;林逸;台晓虹;施国标;

汽车电子控制式电动助力转向系统的发展    冯樱,肖生发,罗永革

电动助力转向系统助力特性的研究    肖生发,冯樱,刘洋

汽车电动助力转向系统（EPS）的研究    黄森仁

汽车电动助力转向系统的动力学分析与控制研究    杨孝剑

汽车电动助力转向系统动态特性分析及控制策略的研究    任延

基于ADAMS的汽车电动助力转向系统仿真分析    陈丽

电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响    任卫群;陈慧鹏;谢彬;宋健;

基于Adams和Matlab的汽车EPS控制联合仿真    徐中明;胡康博;张志飞;贺岩松;

基于AMESim和Simulink的汽车电动助力转向系统的联合仿真    王康康;唐岚;黎长青;

提高电动助力转向系统动态性能的控制策略研究及实车试验验证    孟涛;陈慧;余卓平;李莉;郑鸿云;

自适应模糊PID控制器在电动助力转向系统中的应用    周冬林;黄菊花;曾群;

基于整车多体模型的电动助力转向虚拟试验    时培成;姜武华;

横向动力学反馈控制的EPS仿真与试验    陈大宇;陈龙;赵景波;江浩斌;于慧;

客车循环球式EPS系统建模与助力特性控制策略    晋兵营;林逸;施国标;

模糊PID控制策略在电动助力转向系统中的应用    郑建华;高占凤;吴文江;

电动助力转向系统控制策略的仿真分析    徐中明;胡康博;余烽;张志飞;

Stewart运动平台正解补偿控制机理研究    姜洪洲;丛大成;韩俊伟;

规模化猪场猪呼吸道病综合症的发生和控制策略    李勇;熊忠良;宋忠旭;徐涤平;梅书棋;杨宜生;

MATLAB/Simulink/Stateflow在AMT换挡控制策略开发中的应用    倪洪飞;董雄鹤;郑建波;

农田生态系统非点源氮污染研究进展    李虎;王立刚;邱建军;

两段法种分集散控制系统的应用浅析    徐广勇;靖建征;

中厚板轧后冷却冷速控制策略的分析    温志强;王丹;李国强;

碗米坡水电厂AGC控制策略改进    胡晓阳;龚传利;

基于内点-分支定界法的自动电压控制系统    黄伟;李秀峰;邓勇;郭瑞鹏;

控制冷却技术及控制策略在中厚板上的应用    孙进;张卫东;

水冷多联机系统控制策略的研究    胡松涛;宋伟;李绪泉;

走出纯电动汽车的技术误区    王海蕴

国内首款纯电动汽车上市    应子

康迪纯电动汽车快速“驶”向美国    记者 吉明亮　李根荣

金华汽车产业瞄准新增长点纯电动汽车发展前景很诱人    首席记者 徐朝晖　通讯员 方意军

小型纯电动汽车“十二五”将获大力扶持    本报记者 于丹

纯电动汽车急需“国标”    本报记者 杨秦

纯电动汽车关键技术在我市取得重大突破    记者 孙鹏

纯电动汽车 前景看好瓶颈待破    本报记者 薛秀泓

应着力发展纯电动汽车    媒体评论员 陈健敏

自主研发的陆地方舟纯电动汽车上路    本报记者 王梓函

纯电动汽车电动助力转向系统机理研究与设计    曾群

纯电动汽车驱动与制动能量回收控制策略研究    汪贵平

屈螺酮中间体的合成新方法及其机理研究    刘丰良

反胶团—热液法合成羟基磷灰石纳米线及其机理研究    赖琛

基于阈值控制策略的若干生产问题的研究    刘军

纯电动汽车电液复合再生制动研究    刘志强

风力发电机组系统建模与仿真研究    金鑫

基于分岔理论的电动助力转向系统控制策略及其对汽车操纵稳定性影响的研究    李强

基于CVT的类菱形混合动力电动汽车系统研究与仿真    钟勇

纯电动轿车动力总成控制系统的研究    张毅

电动助力转向系统仿真及控制系统设计    周冬林

电动助力转向系统助力特性和控制算法研究    岳伯陶

纯电动客车动力总成控制策略研究    王立国

燃料电池与超级电容器混合驱动系统的研究与仿真    李晶晶

全轮驱动混合动力汽车再生制动系统控制策略研究    李江

滑模变结构控制及其在电液位置伺服系统中的应用研究    胡永生

混合动力电动城市客车驱动系统建模与仿真    易兴初

并联式混合动力客车自动变速耦合箱的Simulink与Adams的联合仿真    钱皓

混合动力电动汽车ISG系统模型化与控制算法研究    王海燚

纯电动汽车驱动特性分析与控制    任亚辉