電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計

1、獨創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容以外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果，也不包含為獲得江蘇大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學(xué)位論文作者簽名：荔、建筧撕，年胡：陽上，？學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書江蘇大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館、中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容

2、和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致，允許論文被查閱和借閱，同時授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本論文編入中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫并向社會提供查詢，授權(quán)中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社將本論文編入中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫并向社會提供查詢。論文的公布（包括刊登）授權(quán)江蘇大學(xué)研究生處辦理。本學(xué)位論文屬于不保密。學(xué)位論文作者簽名：蘇逝，指導(dǎo)教師簽名：夏茲，年弼月帽枷，年彩月，淚 電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計姓年月 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著汽車新技術(shù)的不斷革新，人們對汽車的安全性、舒適性及操縱穩(wěn)定性等性能要求越來越高。汽車轉(zhuǎn)向性能是汽車的主要性能之一，它直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性，對于確保車輛

3、的安全行駛、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。為了提高轉(zhuǎn)向性能，解決轉(zhuǎn)向系統(tǒng)“輕與“靈的矛盾，目前普遍采用助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（）具有能耗降低、助力特性可變、使駕駛員獲得良好路感等特點。而控制策略及控制器的設(shè)計是系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容。本文首先針對現(xiàn)有車輛進行試驗，采集在不同方向盤角速度和車速情況下的電機轉(zhuǎn)速，利用數(shù)據(jù)分析工具進行分析，為設(shè)計控制系統(tǒng)的助力特性提供參考依據(jù)，并提出了一種解決助力特性曲線助力盲區(qū)的方法。其次，對系統(tǒng)的無刷直流電機控制策略和控制方式進行了研究。無刷直流電機是電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其運行狀態(tài)品質(zhì)直接影響到系統(tǒng)性

4、能。針對算法不能在線整定的缺點，本文提出了電機速度模糊和電流雙閉環(huán)控制，并對模糊算法做了分析。在掌握公司系列芯片工作原理的基礎(chǔ)上，運用完成了對系統(tǒng)控制器硬件部分的設(shè)計，包括電源模塊、最小系統(tǒng)、功率驅(qū)動模塊、車速處理模塊等。同時，利用開發(fā)平臺編制了系統(tǒng)控制程序。最后，臺架試驗證明，本文控制器及控制策略能夠達到預(yù)期效果，系統(tǒng)助力大小能夠隨著車速和方向盤角速度的變化而變化。使得系統(tǒng)低速轉(zhuǎn)向輕便，高速行駛有良好的操縱穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：，助力特性，無刷直流電機，模糊控制，控制器電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計，麗”，（），（），（）（），：，江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄第一章緒論。汽車轉(zhuǎn)向系的發(fā)展

5、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向課題研究的意義及研究內(nèi)容。第二章電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性分析電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性實車試驗試驗方案試驗數(shù)據(jù)分析助力特性曲線設(shè)計本章小結(jié)第三章電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略分析無刷直流電機基本結(jié)構(gòu)無刷直流電機基本組成電機位置傳感器無刷直流電機工作原理電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略無刷直流電機雙閉環(huán)串級控制模糊控制器設(shè)計模糊控制基本原理及分類模糊控制器設(shè)計步驟。模糊在電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的實現(xiàn)。本章小結(jié)第四章電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器硬件設(shè)計單片機的選

6、擇飛思卡爾單片機資源簡介電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)方案電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件總體布局。最小系統(tǒng)電路電源轉(zhuǎn)換電路功率驅(qū)動電路電機電流反饋信號處理電路。電機轉(zhuǎn)子位置信號處理電路。方向盤轉(zhuǎn)角角度信號處理電路電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計車速信號處理電路過載和過熱保護電路故障燈電路。電路板電磁兼容設(shè)計電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器軟件設(shè)計。鈣環(huán)境介紹本章小結(jié)第五章軟件開發(fā)環(huán)境及在線仿真器簡介單片機開發(fā)工具簡介初始化程序電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流程電機換相檢測流程模糊控制（速度閉環(huán)）閉環(huán)反饋電流轉(zhuǎn)換程序。車速及方向盤轉(zhuǎn)角信號的采集與處理無刷直流電機調(diào)制軟件抗干擾技術(shù)數(shù)字濾波軟件陷阱看門狗

7、技術(shù)本章小結(jié)。第六章電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)臺架試驗。臺架試驗設(shè)備簡介。試驗方案臺架試驗設(shè)計試驗內(nèi)容控制器的調(diào)試空載試驗原地轉(zhuǎn)向試驗本章小結(jié)總結(jié)與展望。矽主要成果工作展望參考文獻。附致錄。謝攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文情況。江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論汽車轉(zhuǎn)向系的發(fā)展汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。汽車的轉(zhuǎn)向性能是汽車的主要性能之一，它直接影響到汽車的操作穩(wěn)定性，對于確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改變駕駛員的工作條件起著重要作用【。為了提高轉(zhuǎn)向性能，目前普遍采用了助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是最早采用的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的形式，但電子技術(shù)、電氣技術(shù)及新

8、的控制策略的應(yīng)用使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（，簡稱）向電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（，簡稱）、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（，簡稱）、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（，簡稱）發(fā)展。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（腫）在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套液壓部件，大體由液壓泵、油管、壓力流量控制閥體、型傳動皮帶、儲油罐等部件構(gòu)成，其主要是通過發(fā)動機帶動液壓泵輸出液壓提供轉(zhuǎn)向助力【】。對于車輛來說，系統(tǒng)存在一定的不足：系統(tǒng)是按轉(zhuǎn)向阻力最大的泊車工況設(shè)計的，而汽車高速行駛時轉(zhuǎn)向阻力顯著下降，需要操縱力變小，易出現(xiàn)駕駛員路感下降的現(xiàn)象，降低高速行駛操縱性能【】：且以上的汽車行駛罩程是直線行駛，直線行駛時不需要轉(zhuǎn)向系

9、統(tǒng)工作，而系統(tǒng)的油泵始終在發(fā)動機驅(qū)動下輸出液壓能，白白消耗能量。系統(tǒng)由發(fā)動機驅(qū)動油泵提供動力，液壓管路會引起振動噪聲以及響應(yīng)滯后等問題。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（）屬于第三代汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。一般是由扭矩傳感器、電子控制單元（）、伺服電機、減速器、機械轉(zhuǎn)向器、以及蓄電池等構(gòu)成】。汽車在轉(zhuǎn)向時，電子控制單元接收來自轉(zhuǎn)矩傳感器的信號，對方向盤擬轉(zhuǎn)方向做出判斷，并根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)動力矩得到需要的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩。當不需要轉(zhuǎn)向時，系統(tǒng)停止工作，但處于隨時可被調(diào)用的等待狀態(tài)。但電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)換向時手感較差，抖動較明顯，且控制相對復(fù)雜。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（）是汽車轉(zhuǎn)向方面最為先進和前

10、沿技術(shù)之一。它完全脫離了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械傳遞部分，通過控制單元協(xié)調(diào)二者的運動關(guān)系，完全依靠電動機提供轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)所需要的動力。但是如果系統(tǒng)中某些部件出現(xiàn)故障，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)很容易處于癱瘓狀態(tài)，這將對行車安全構(gòu)成嚴重威脅。因此，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目前仍處于試驗階段，也只是在一些概念車上出現(xiàn)過，但它卻預(yù)示著汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展的一個方向。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)卿）主要由儲油罐、控制器、液壓泵、轉(zhuǎn)向電機、車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等組成（如圖）。實時的根據(jù)方向盤角度傳感器和車速傳感器等的信號計算出合適的電機轉(zhuǎn)速，并調(diào)節(jié)電機達到合適轉(zhuǎn)速。在電機帶動下，液壓泵將高壓油泵入轉(zhuǎn)向閥，當有轉(zhuǎn)向操作時，轉(zhuǎn)閥閥芯和閥

11、套產(chǎn)生相對運動，導(dǎo)致高壓油進入其中一個油缸，使左右油缸產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生助力，另一個油缸的低壓油被壓出來回流入液壓泵。當無轉(zhuǎn)向操作時，高壓油不進入油缸，直接回流入油罐。此系統(tǒng)減少了發(fā)動機的燃油消耗量，因為所有的工作的狀態(tài)都是由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角速度等信號計算出的最理想狀態(tài)。由此駕駛員在車輛啟動或低速行駛時，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以提供較大的助力，使轉(zhuǎn)向輕便。而當車速偏高時，助力減少，駕駛員不會有車身發(fā)飄的感覺【”。相比于傳統(tǒng)的，在一定程度上節(jié)省了汽車油耗；同時，由于助力可變，因此也改善了助力特性。但制造成本偏高，且仍無法避免因液壓油的泄漏而造成的污染。圖結(jié)構(gòu)圖江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文

12、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)繼承了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點，同時也發(fā)展了自己特色。主要表現(xiàn)在以下幾個方面【印，：（）能源損耗降低。系統(tǒng)利用單獨的電機驅(qū)動液壓泵，根據(jù)車輛速度和方向盤角速度的變化，電控單元控制電機工作在不同轉(zhuǎn)速下，從而降低燃油和能量消耗。傳統(tǒng)的系統(tǒng)液壓泵由發(fā)動機驅(qū)動，液壓泵必須按車速最低時提供最大的助力來設(shè)計，這就會出現(xiàn)在不需要助力時或需要較小助力時，發(fā)動機仍提供大轉(zhuǎn)速，造成能量和燃料浪費；（）提供變助力特性。能得到較好的轉(zhuǎn)向“路感。通過開發(fā)該系統(tǒng)的控制器，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在不同的行駛條件下，提供不同大小的轉(zhuǎn)向助力。即低速或急轉(zhuǎn)彎時，駕駛員能以很小的轉(zhuǎn)向手力進行操作，在高速行駛時能以稍重的手

13、力轉(zhuǎn)向操作，使操作性和穩(wěn)定性達到較好的平衡狀態(tài)；（）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝柔性較大；（）與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，采用液壓提供助力，助力比較平滑，手感很好，而且在突發(fā)情況（如爆胎等）下，阻尼控制響應(yīng)速度比快，主動安全性更高。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀由于電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)越性能，國外很早就開始對其進行了研究，可以追溯到上世紀年代，年，歐洲公司首先在液壓動力汽車中使用電子單元作為第一代系統(tǒng)的控制單元。但當時的情況主要局限于理論研究，在技術(shù)實現(xiàn)上主要是利用電子閥控制油泵流量來調(diào)節(jié)助力，該技術(shù)在操控性和節(jié)能方面的改進十分有限。如本田和五十鈴分別于年和年相

14、繼開發(fā)了類似裝置，德國的公司也開發(fā)和型電子控制的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于人們對系統(tǒng)節(jié)能要求的日益強烈，到了年代，該系統(tǒng)發(fā)展到第二代，一個獨立的電子控制單元（）首次產(chǎn)生。該系統(tǒng)對電機轉(zhuǎn)速進行控制，當沒有轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，減少液壓油流量，從而降低能耗。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和無刷直流電機的應(yīng)用，電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有了電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計更深刻的變化，現(xiàn)在研究方向更為輕便、更為安全、更為節(jié)能。國外（主要是和公司）提出了應(yīng)用電機代替發(fā)動機驅(qū)動轉(zhuǎn)向油泵，根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向盤角速度控制電機轉(zhuǎn)速以降低能耗和提高路劇】。年日本公司研發(fā)用于電液助力轉(zhuǎn)向的節(jié)能技術(shù)（第三代系統(tǒng)）。國外的幾家公司將電動液

15、壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于混合動力車，公司主要為大眾的轎車提供電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，公司年為通用和雪佛混合動力皮卡提供電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。年日本公司的等人研發(fā)了一種用于電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)。這一技術(shù)用于中位閉式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過一個有著特殊結(jié)構(gòu)的壓力檢測裝置和一個電控單元，控制泵的動力電機在非轉(zhuǎn)向情況下以很低的速度轉(zhuǎn)動，達到節(jié)能的目的，此時只有產(chǎn)生的少量流量從液壓元件的間隙中泄漏掉。為進一步提高能源利用率，等設(shè)計了閉心伺服閥的系統(tǒng)，通過對中位開式和中位閉式進行仿真分析，得出開式系統(tǒng)具有傳統(tǒng)電動液壓助力所擁有的良好手感、變助力及改造容易等優(yōu)點，但節(jié)能效果不如閉式系統(tǒng)；但閉式系統(tǒng)輸出流量變化大，手感

16、較差，且由于增加了蓄能器使得系統(tǒng)的復(fù)雜性增加【。，等為了減少系統(tǒng)中電機用于驅(qū)動液壓泵的能量，建立了模型用以計算和模擬了系統(tǒng)的能量消耗。模型中考慮了轉(zhuǎn)向系的摩擦模塊、轉(zhuǎn)向控制閥模塊、液壓泵模塊以及電機、控制器模塊。分析了不同工況下各參數(shù)對系統(tǒng)能量消耗的影響。最后通過試驗給出了影響參數(shù)及降低能耗的辦法。分析了的模型，并將其簡化為一個二自由度的整車模型。提出采用自適應(yīng)控制方法對電機進行控制，同時將車速、車輛側(cè)向加速度及偏移速度等車輛狀態(tài)參數(shù)考慮進去，采用多參數(shù)綜合反饋控制，提高車輛操縱性能。并運用了公司設(shè)計的實時電腦程序確保了控制策略性能最佳【。韓國的，在年分析了用于車輛上的系統(tǒng)電動泵的發(fā)展狀況，提

17、出了一種應(yīng)用于。，江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文汽車的電動泵控制單元，并運用等效磁路的方法分析和設(shè)計了，以作為驅(qū)動泵的電機【。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)同濟大學(xué)、北京理工大學(xué)、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、天津大學(xué)及江蘇大學(xué)等高校對系統(tǒng)進行了研究，并且取得了一定的成果。天津大學(xué)許陽坡研究了如何根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向盤角速度控制電機轉(zhuǎn)速進而調(diào)節(jié)助力，以獲得較好轉(zhuǎn)向手感的方法。并針對該方法車速不連續(xù)的缺點，提出一種基于多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化功能擬合出任意車速下，電機轉(zhuǎn)速和車速、轉(zhuǎn)向盤角速度的關(guān)系，有效克服了離散車速下產(chǎn)生的助力盲區(qū)【。天津大學(xué)王豪、丁潤濤等根據(jù)電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)，運

18、用軟件建立了電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模型。分析了車速參與系統(tǒng)控制時對助力特性的影響，得出了相同方向盤扭矩下，高速時提供助力較小，低速時提供助力較大，既可保證轉(zhuǎn)向輕便性，又防止了高速時方向盤發(fā)飄。方向盤角速度參與控制后，提高了系統(tǒng)的跟隨性，改善了系統(tǒng)的回正性能。并進行了相應(yīng)的臺架試驗【。天津大學(xué)李宏偉應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱實現(xiàn)對系統(tǒng)助力曲線進行仿真。系統(tǒng)運用經(jīng)典的雙閉環(huán)控制，并進行了死區(qū)補償分析和轉(zhuǎn)矩脈動分析。雙閉環(huán)控制實現(xiàn)了更好的起動性能、調(diào)速性能和實時性能；死區(qū)補償解決了波形失真問題；消除轉(zhuǎn)矩脈動提高了無刷直流電機運行的平穩(wěn)性【。江蘇大學(xué)陳松針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在易陷入局部最小缺點，提出了利用遺傳算法

19、來優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值的改進型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（簡稱）控制算法，對助力特性曲線進行全車速擬合，克服了系統(tǒng)的助力盲區(qū)。最后，通過臺架試驗驗證該控制算法的可行性【。江蘇大學(xué)耿國慶等在分析了電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)關(guān)鍵部件的重要參數(shù)進行了設(shè)計和計算，為系統(tǒng)的研制與開發(fā)提供了理論依據(jù)【刎北京理工大學(xué)林逸、石培吉在參考文獻中提出了原地轉(zhuǎn)向控制策略、行駛轉(zhuǎn)向控制策略、直線行駛控制策略，并說明了其控制策略的優(yōu)勢。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計在參考文獻中用鍵合圖方法建立了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（）液壓管路的數(shù)學(xué)模型并得到管路的狀態(tài)空間方程。在建模的過程中考慮了液壓管路的動態(tài)摩擦阻力，通過試

20、驗，驗證了模型的準確性。清華大學(xué)季學(xué)武及其學(xué)生在參考文獻，對可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性進行研究，提出一種基于駕駛員路感的可變助力轉(zhuǎn)向特性設(shè)計方法，并對其進行整車仿真試驗。結(jié)果表明：所得到的可變助力特性，不僅能滿足低速行駛轉(zhuǎn)向時的輕便性要求，而且可保證在高速行駛轉(zhuǎn)向時有合適的路感和必要的穩(wěn)定性。在參考文獻中，提出了一種基于液阻串、并聯(lián)關(guān)系的液阻網(wǎng)絡(luò)等效液阻和等效流通面積的計算方法，對幾種典型的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液阻網(wǎng)絡(luò)的等效流通面積和靜態(tài)助力特性進行了詳細研究。在參考文獻建立了轉(zhuǎn)向器模型以及分流式的模型，采用簡化算式對轉(zhuǎn)向器及分流式操舵力特性曲線進行了分析重慶交通大學(xué)的劉榮田，周亮等研究了公司

21、系列芯片，然后研發(fā)調(diào)試了電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器硬件部分，同時利用開發(fā)平臺編制了電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制匯編程序【。紀平在參考文獻中對中位閉式電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和工作方式進行了分析，由此建立了中位閉式旋轉(zhuǎn)控制閥的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。建立了在不同工況下輸入轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角斜坡的模型和不同活塞有效面積的模型，并進行了仿真分析和試驗對比，得到了當電機轉(zhuǎn)速達到峰值時，轉(zhuǎn)向閥進出口流量與活塞有效面積和響應(yīng)時間關(guān)系。南京工程學(xué)院羅紹新等設(shè)計了一種基于微處理器的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和車速傳感器信號由微處理器進行運算處理，輸出占空比來控制直流電機，以控制助力大小閉。以上研究只是對系統(tǒng)的部

22、分特性和系統(tǒng)匹配進行了分析或采用簡單的控制方法對助力特性進行粗略實現(xiàn)，并沒有在全面分析系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，采用先進的控制方法進行精確的控制。的優(yōu)點以及它不斷擴大的市場正使得國內(nèi)的專家學(xué)者以及相關(guān)企業(yè)對系統(tǒng)產(chǎn)生越來越濃厚的興趣，已經(jīng)成為國內(nèi)汽車技術(shù)發(fā)展的另一熱點。江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向從國內(nèi)外發(fā)展狀況來看，電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)今后的發(fā)展方向【，為：（）針對電機與液壓泵匹配研究，進一步提高系統(tǒng)的效率，如采用無刷直流電機或永磁同步電機代替有刷電機；（）改進控制算法以適應(yīng)系統(tǒng)的非線性，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。目前一些企業(yè)所開發(fā)的電動液壓助力系統(tǒng)，首選控制算法，雖能滿足控制性能的一

23、些要求，但要進一步提高系統(tǒng)的控制性能，必須采用經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論相結(jié)合的控制策略；（）開發(fā)適合于中重型車輛使用的大功率、響應(yīng)速度快的電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目前所開發(fā)的系統(tǒng)面向的對象主要是中高檔轎車，對適宜重型車輛的系統(tǒng)研究相對較少；（）對系統(tǒng)采用車速、方向盤角速度、橫向加速度、前軸重力等多種信號的綜合控制，進一步提高路感，實現(xiàn)精確轉(zhuǎn)向；（）提高液壓泵的性能，降低泵的噪聲，同時，使泵向著更小更輕的方向發(fā)展。課題研究的意義及研究內(nèi)容系統(tǒng)所涉及的研究領(lǐng)域廣泛，包括微電子控制、電機控制、傳感器、機械設(shè)計以及非線性控制等，是多門學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用。另外，通過對系統(tǒng)的研究，為開發(fā)出適于轎車和微型汽

24、車的新型電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供技術(shù)儲備。系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了二十余年，在汽車上的應(yīng)用變得越發(fā)廣泛起來，并且仍舊具有廣泛的市場前景。開發(fā)和研制用于轎車和輕型汽車的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，并可為我國汽車行業(yè)在國際汽車市場競爭中提供一種有競爭力的機電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品?；谙到y(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，本文從實際出發(fā)，結(jié)合理論研究、系統(tǒng)設(shè)計與試驗的研究方法，具體研究內(nèi)容如下：（）測試了某乘用車的系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，分析了車速、方向盤轉(zhuǎn)角速度、電機轉(zhuǎn)速三者關(guān)系以及方向盤手力矩與方向盤轉(zhuǎn)角、液壓缸壓力的關(guān)系，電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計為系統(tǒng)的助力特性曲線設(shè)計提供參考依據(jù)。并針

25、對直線型助力特性曲線存在的助力盲區(qū)問題，提出了相應(yīng)的解決方法；（）針對系統(tǒng)工作原理，提出了一種電機速度一電流雙閉環(huán)串級控制，提高了系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性；（）采用專門應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的飛思卡爾單片機，以實現(xiàn)系統(tǒng)功能為目標，設(shè)計了控制器的硬件電路及板圖；（）在中使用語言編程，對控制器各個模塊進行寄存器的設(shè)置，并編寫了相關(guān)控制程序；（）搭建試驗臺架，對系統(tǒng)進行試驗，驗證本文控制策略及控制器的正確性；江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性分析針對車輛行駛條件的不同，駕駛員操縱方向盤的手力和電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的助力大小也會不同。即在低速行駛或原地轉(zhuǎn)向時駕駛員需要較大的轉(zhuǎn)向力進行操作，

26、為了減小駕駛員的操作強度，需提供較大的助力，使得轉(zhuǎn)向靈活、輕便。而車輛高速行駛時，為了保持良好路感及操縱穩(wěn)定性，需提供較小的助力甚至不提供助力【冽。因此，車輛行駛條件變化時，系統(tǒng)的助力大小也應(yīng)隨之變化。根據(jù)系統(tǒng)工作原理，電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力大小跟執(zhí)行電機的轉(zhuǎn)速近似地成正比關(guān)系，電機轉(zhuǎn)速越高，液壓泵的輸出流量越大，提供的轉(zhuǎn)向助力就越大；相反，執(zhí)行電機的轉(zhuǎn)速越低，液壓泵排出的流量越小，提供的轉(zhuǎn)向助力也就越小，所以對電機轉(zhuǎn)速的控制是電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制關(guān)鍵剛。為此，有必要對車速、方向盤轉(zhuǎn)角速度和電機轉(zhuǎn)速三者之間的關(guān)系進行分析研究。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性實車試驗為了具體研究系統(tǒng)助力

27、情況，本文以某轎車系統(tǒng)為對象進行實車試驗。研究電機轉(zhuǎn)速、車速、方向盤手力矩、方向盤轉(zhuǎn)角速度、方向盤轉(zhuǎn)角、左右助力缸壓力等相應(yīng)關(guān)系，為設(shè)計助力特性曲線提供參考依據(jù)。試驗方案試驗所使用的設(shè)備主要有（如圖）：車載測試系統(tǒng)（斟）、動態(tài)電阻應(yīng)變儀（）、方向盤測試系統(tǒng)（公司的系列）、陀螺儀（系列）、車速儀、型頻率電流轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器、渦輪流量傳感器、車載電源、電源逆變器、總線信號采集卡、筆記本等；試驗所需電源為車載電源、。上面所涉及的儀器所用電源基本為車載電源，渦輪流量傳感器供電電源為電源，動態(tài)電阻應(yīng)變儀為，由逆變器轉(zhuǎn)換獲得。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計布載測試系統(tǒng)動態(tài)乜阻成變儀滋枧僻譬

28、聚集系統(tǒng)方融箍測試系統(tǒng)拔測試系統(tǒng)模擬燧遂，刪頻率乜流轉(zhuǎn)換器速儀陀螺儀暖國圖試驗設(shè)備測試系統(tǒng)的連接如圖所示，壓力傳感器通過橋盒連接到動態(tài)電阻應(yīng)變儀上，測得左右液壓缸壓力信號，并接入車載測試系統(tǒng)的及模擬通道。渦輪流量傳感器測得液壓油流量頻率信號，通過一丌型頻率電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電流信號，最后通過接電阻，將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號接入車載測試系統(tǒng)的通道。陀螺儀測得車身側(cè)向加速圖測試系統(tǒng)原理圖度信號接入車載測試系統(tǒng)的通道。測力方向盤的方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文手力矩、方向盤轉(zhuǎn)角速度信號分別接入到車載測試系統(tǒng)的、通道。車速儀測得車速信號，接入到通道。試驗進行了原地轉(zhuǎn)向工況、車速下的變道及直線行駛工況

29、、車速下的掉頭工況、以及雙紐線行駛工況的數(shù)據(jù)采集。車載測試系統(tǒng)狀態(tài)下可以進行控制，針對需要測試的時間段進行采樣，并在狀態(tài)下顯示測得的波形，最后導(dǎo)出所要采集的數(shù)據(jù)，以文件格式輸出。試驗數(shù)據(jù)分析根據(jù)測得的車速、方向盤轉(zhuǎn)角速度、無刷直流電機轉(zhuǎn)速、左右液壓缸壓力、方向盤轉(zhuǎn)角角度以及方向盤手力矩等信號。運用對數(shù)據(jù)進行分析。并從以下幾個方面研究各參數(shù)對助力特性的影響。圖為雙紐線工況下，汽車方向盤轉(zhuǎn)角與方向盤手力矩的關(guān)系曲線。從圖中可以看出在低車速大范圍轉(zhuǎn)角時，隨著轉(zhuǎn)角的增大，方向盤轉(zhuǎn)矩基本保持不變，維持在，基本實現(xiàn)了低速轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向輕便性要求。如圖所示是車速為、時，助力缸左右壓力差與方向盤手力矩的關(guān)系曲線

30、?？梢缘弥较虮P手力矩較小的情況下，助力缸兩側(cè)鴨咬矗劓，；一掃町；摹。穗蠟二“絳：矸器一單缸！言盤蚴毒方簟手：力矩矽章一：程確呻捌睜峪，疆“：一卜十叫：”啐荽！秒；蜀勞矽嘲“。止：磁一；”，：，一童，卜一車速為卜車速為。啪圖方向盤角度和方向盤手力矩的關(guān)系曲線圖方向盤手力矩和液壓缸左右腔壓力差關(guān)系曲線的壓力差較小。方向盤手力矩較大的情況下，助力缸兩側(cè)壓力差也隨之加大。另外，在方向盤手力矩相同的情況下，車速較高時的液壓助力較小，而低車速電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計時，左右液壓缸的壓差相對較高。由此可以得到系統(tǒng)助力趨勢為：低速行駛或原地轉(zhuǎn)向時，駕駛員手力吃重，所以此時要提升電機的轉(zhuǎn)速

31、，加大系統(tǒng)助力。相反，隨著車速的上升，電機轉(zhuǎn)速應(yīng)相對降低，應(yīng)當減小系統(tǒng)的助力，以確保良好的手感及操縱穩(wěn)定性。圖關(guān)系曲線由圖可知在方向盤扭矩一定，轉(zhuǎn)閥的開度固定不變的條件下，逐漸升高電機轉(zhuǎn)速測得曲線。該圖說明了在其他條件一定的情況下，齒條力會隨著電機轉(zhuǎn)速的升高而增大。如圖所示，車速、時，電機轉(zhuǎn)速隨方向盤轉(zhuǎn)角速度變化關(guān)系曲線。車速較低時，電機的轉(zhuǎn)速隨著方向盤轉(zhuǎn)角速度的增加而迅速上升，且電機轉(zhuǎn)速有上限值，基本維持在。而車速較高時，電機轉(zhuǎn)速在方向盤轉(zhuǎn)角速度較小時，上升較慢。只有緊急情況下的大轉(zhuǎn)角，電機轉(zhuǎn)速才會急劇上升。圖是車速為，汽車直線行駛時，電機轉(zhuǎn)速變化曲線，隨著車速的上升，電機轉(zhuǎn)速隨之下降。卜耳

32、遁一卜毒；速艮，車速一，一一；一；，一，一一一曠一。芒夕鼉，攫”薯冒一，。三品。；方向盤轉(zhuǎn)膏速度恤圖典型工況下電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性曲線江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文一一怦粥扣噎繞行駛時電機怠遺掃，瞄、峋童”考簧。一謄?！?、懶。；：車麓亭【（，）圖電機怠速曲線為了便于后面程序的實現(xiàn)，我們對車速進行了細分，以遞增，測得車速時，不同方向盤角速度所對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)速，如圖（所示）：圖電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性曲面由上面的曲線數(shù)據(jù)可知：（）原地轉(zhuǎn)向或低速轉(zhuǎn)向行駛時，轉(zhuǎn)向阻力矩比較大，此時應(yīng)盡可能發(fā)揮較大的助力轉(zhuǎn)向效果，增大助力以降低駕駛員的負擔；（）隨著車速的增高，助力應(yīng)相應(yīng)減小，從而使得駕駛員獲得更多的路

33、面信息；（）當車速高于某一值時，方向盤轉(zhuǎn)角速度相對較小時，系統(tǒng)基本不進行助力，這樣可以保證汽車在高速轉(zhuǎn)向行駛時，增加駕駛員的轉(zhuǎn)向手感，防止轉(zhuǎn)向過于靈敏；（）當助力達到某一值時，系統(tǒng)提供的助力保持不變，進入助力飽和區(qū)，防止電機因電流過大而燒毀。這也符合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力趨勢，能夠解決轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的“輕與“靈電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計的矛盾。助力特性曲線設(shè)計根據(jù)上面的分析，本文為了便于程序設(shè)計及電機目標轉(zhuǎn)速控制表的制定，本文將圖進行離散化處理，采用直線型助力特性曲線，主要從下面兩個方面進行分析：）根據(jù)車速調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速由車速與助力的關(guān)系可知，車速較高時，電機轉(zhuǎn)速應(yīng)該比較低，轉(zhuǎn)向的時候提

34、供較小的助力。車速較低時，電機轉(zhuǎn)速應(yīng)該比較高，轉(zhuǎn)向的時候提供較大的助力。一個車速對應(yīng)一個電機轉(zhuǎn)速。根據(jù)上面的分析，電機轉(zhuǎn)速與車速的關(guān)系曲線可以設(shè)計如圖：圖電機轉(zhuǎn)速與車速的關(guān)系曲線公式表達如下：彳（礦）（）；（）；（）；（）【其中，為電機的最高轉(zhuǎn)速；為助力特性曲線梯度，也稱助力增益；石（）為關(guān)于車速的線性函數(shù)；抽為電機的最低轉(zhuǎn)速，對于不同車速及工況，它們的取值也不同；在車速較低時，轉(zhuǎn)向阻力矩較大，電機轉(zhuǎn)速較高且近似不變，轉(zhuǎn)向時提供的轉(zhuǎn)向助力較大，隨著汽車車速越過低段，電機轉(zhuǎn)速開始降低，使泵的流量減小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)向提供的助力減小，當車速達到設(shè)定的某一高值，電機轉(zhuǎn)速達到最低，此時提供的助力較小。此策略

35、的目的在汽車車速較低時，滿江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文足轉(zhuǎn)向輕便，隨著車速的不斷提高，轉(zhuǎn)向助力逐漸變小，防止了高速時方向盤“發(fā)飄，增強了高速行駛的“路感。）根據(jù)方向盤角速度調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速在某車速下轉(zhuǎn)向時，電機轉(zhuǎn)速會在某一轉(zhuǎn)速基礎(chǔ)上隨著方向盤角速度增大而增加。方向盤角速度越大，電機的轉(zhuǎn)速越高，提供的轉(zhuǎn)向助力就越大，既滿足了快速轉(zhuǎn)向時的系統(tǒng)助力要求，又滿足了快速轉(zhuǎn)向助力跟隨性。根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求及電機助力特點，該對應(yīng)關(guān)系曲線如圖所示。依據(jù)轉(zhuǎn)向盤角速度大小分為三段：角速度低速段、角速度中速段及角速度高速段。在角速度低速段，電機轉(zhuǎn)速基本保持不變，此時電機初始轉(zhuǎn)速足以提供轉(zhuǎn)向助力：在角速度中速段，為了增強助力跟隨

36、性及提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力，此時電機轉(zhuǎn)速隨角速度的增長而增加；在角速度高速段，電機轉(zhuǎn)速已基本達到該車速下的最大轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)速基本保持不變，既可提供轉(zhuǎn)向助力，又能保證該車速下提供較好的“轉(zhuǎn)向路感。月觚岔圖電機轉(zhuǎn)速與方向盤角速度的關(guān)系公式表達如下：（國）；（）（國）；（）【一（）；其中是電機初始速度，不同車速時電機初始值也不同；為助力特性曲線梯度，在低速時，值相對較大，以保證在短時間內(nèi)提供所需助力。而在高速時，如相對較小，以保證足夠的手感。厶（）為關(guān)于方向盤轉(zhuǎn)角速度的線性函數(shù)。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及控制器設(shè)計由電機轉(zhuǎn)速與車速的關(guān)系和電機轉(zhuǎn)速與方向盤角速度的關(guān)系可得到這三者的關(guān)系，電機轉(zhuǎn)速隨

37、方向盤角速度和車速變化的示意曲線如圖所示：圖電機轉(zhuǎn)速、方向盤角速度和車速之間的關(guān)系：￥、在上圖中，車速從至逐漸增大，隨著車速的增加，在同一方向盤危速度下，電機轉(zhuǎn)速減小，相應(yīng)提供的助力也減小，既可滿足低速轉(zhuǎn)向時的輕便性，又滿足了高速轉(zhuǎn)向的良好手感要求。在同一車速下，隨著轉(zhuǎn)向盤角速度的增加，電機轉(zhuǎn)速也增加，相應(yīng)提供的助力也增加，從而保證轉(zhuǎn)向助力的實時跟隨性。為了防止電機因頻繁停止及啟動而影響電機壽命，當在不同車速下未轉(zhuǎn)動方向盤時，電機處于怠速轉(zhuǎn)速狀態(tài)，此時電機轉(zhuǎn)速相對較小?？紤]到系統(tǒng)轉(zhuǎn)向時助力跟隨性，電機的初始轉(zhuǎn)速應(yīng)隨車速減小而增加。當電機轉(zhuǎn)速增加到一定值時就不再改變從而進入了助力飽和區(qū)，這樣就不會因為電機