汽车电动助力转向控制系统设计与开发

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由于电动助力转向系统具有环保节能、助力特性可调、安全性高等优点,许多汽车企业和研究单位已经将其做为重点研发项目之一,其中,电子控制器硬件开发和控制软件是其核心技术之一。本文首先分析了各种助力转向系统的特点,重点研究了电动助力转向系统的结构和动力学模型,提出了基于PID的控制策略,并利用Matlab/Simulink工具建立了电动助力转向系统中的转向轴动力学、齿条动力学和助力电机数学模型,并建立了助力特性曲线,进行了无助力、有助力以及PID控制助力的仿真计算,经过对比分析,证明该PID控制机理能够较准确控制助力大小,效果良好。本文重点设计并开发了电动助力转向系统的控制器硬件及控制软件。硬件设计方面主要包括:选取了飞思卡尔MC9S12系列单片机作为EPS系统CPU,设计了单片机最小系统电路(包括时钟电路、滤波电路、电源电路、复位电路等);采用LM2576芯片设计了稳压电源电路;方向盘转矩传感器信号和车速信号调理电路、助力电机驱动电路以及通信电路等。助力电机驱动电路由电机专用驱动芯片TD340驱动;通信电路主要由串口通信和CAN总线通信组成,实现与PC机和整车通信;控制软件方面主要编写了单片机的A/D转换程序、PWM模块和脉冲捕捉模块程序以及相关寄存器配置方法。利用LabVIEW软件设计了EPS的上位机监控程序,实现了控制器与计算机之间的通信,可以方便地对相关实验数据进行数据显示、图形绘制、数据保存和动态比较,完成数据采集的全自动过程。为了验证控制器硬件和软件的可靠性,在试验台架上进行了实验研究,主要包括无助力与有助力对比、转矩对电流影响、车速对电流影响、方向盘回正控制等试验,结果表明,控制器硬件部分性能良好、工作稳定可靠;软件控制效果较好,助力特性符合设计要求。转向系统稳定性较好,同时方向盘上无明显抖动,手感良好,为下一步的装车试验做好了准备。
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