基于ARM的汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與懸架集成控制系統(tǒng)的研究_圖文

1、江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文基于ARM的汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與懸架集成控制系統(tǒng)的研究姓名：戴亦宗申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電力電子與電力傳動(dòng)指導(dǎo)教師：趙德安20070601江蘇大學(xué)碩士研充生畢業(yè)論文摘要近年來(lái)，為提高車輛乘坐舒適性、安全性和操縱穩(wěn)定性，各種電子控制技術(shù)和控制子系統(tǒng)得到了巨大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。但是，這些控制子系統(tǒng)都是針對(duì)提高車輛某一性能指標(biāo)，而嫠車性能的提高則依賴與各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)是汽車底盤系統(tǒng)中影響車身姿態(tài)和行駛安全性的兩大關(guān)鍵?；c此，本文對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（）與懸架系統(tǒng)集成控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究，主要在與懸架集成系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了與懸架控制系統(tǒng)的硬件電路和

2、相應(yīng)的軟件程序，并進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。一、研究開(kāi)發(fā)了以跏單片機(jī)為微處理器的電子控制單元的硬件，控制單元具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)控制功能。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)，確定電動(dòng)機(jī)輸出的目標(biāo)電流，利用脈寬調(diào)制技術(shù)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制電動(dòng)機(jī)的輸出電流和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。二、提出了基于算法的模糊集成控制策略。根據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)的變化情況，通過(guò)自適應(yīng)模塊調(diào)整帶修正因子的模糊控制系統(tǒng)，便于跟蹤實(shí)時(shí)控制過(guò)程。仿真結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的集成控制系統(tǒng)，與懸架控制系統(tǒng)相比，操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性、行駛平順性和安全性均得到較大改善。三，設(shè)計(jì)控制電路的軟件程序。軟件程序包括數(shù)據(jù)信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換與控制簧略的實(shí)現(xiàn)兩部分，采用了模

3、塊化的設(shè)計(jì)思想分別設(shè)計(jì)了系統(tǒng)主程序、轉(zhuǎn)換程序、車速信號(hào)采集程序、加速度信號(hào)采集程序、電流采集程序、扭矩采集程序和控制程序，并部分實(shí)現(xiàn)了集成系統(tǒng)的控制算法。在自主丌發(fā)的臺(tái)架上對(duì)硬件電路和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠滿足控制要求，能有效的改善汽車行駛性能，為與懸架集成控制系統(tǒng)的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)關(guān)鍵詞：懸架集成控制單片機(jī)控制策略臺(tái)架試驗(yàn)江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文，“，；），出菇，懈，：，學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的

4、全部?jī)?nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行榆索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制于段保存和匯編本學(xué)位論文。保密口，在本學(xué)位論文屬于年解密后適用本授權(quán)書。不保密口。學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：缸弦接月日簽字日期：年簽字日期：年月日學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向工作單位：通訊地址：電話郵編江蘇走擘碩士研究生畢業(yè)論文第一章緒論汽車懸架系統(tǒng)的概述汽車性能與懸架的關(guān)系懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之問(wèn)的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力），縱向反力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架（或承載式車身）上，以保證汽車的常行駛。汽車在行駛時(shí)，路面不

5、平度會(huì)激起汽車的振動(dòng)。當(dāng)這種振動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使乘客感覺(jué)不舒適或使運(yùn)載貨物損壞。為了緩減汽車振動(dòng)，一方面要改善路面質(zhì)量，減少振動(dòng)的來(lái)源；另方面要求汽車對(duì)路面不平度有良好的隔振特性。汽車的減振一般有三個(gè)環(huán)節(jié)，即輪胎、懸架和座椅，其中汽車懸架系統(tǒng)起著重要作用。目靜汽車上大多采用傳統(tǒng)的被動(dòng)式懸架（）主要由彈性元件和阻尼元件構(gòu)成這種懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼參數(shù)，是按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)或優(yōu)化方法選擇的，然而由于汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性對(duì)懸架系統(tǒng)是相互矛盾的所以要同時(shí)滿足兩項(xiàng)性能的要求就必須進(jìn)行一定的折衷，且一經(jīng)選定后，在汽車行駛過(guò)程中，其懸架特性參數(shù)無(wú)法隨汽車的運(yùn)行工況和激勵(lì)的變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)因此，其減振性能的迸

6、一步提高受到限制。主動(dòng)懸架系統(tǒng)解決了被動(dòng)懸架的固有矛盾，代表了現(xiàn)代懸架系統(tǒng)的發(fā)展方向主動(dòng)懸架的概述主動(dòng)懸架系統(tǒng)按有源或無(wú)源分為全主動(dòng)懸架系統(tǒng)和半主動(dòng)懸架系統(tǒng)兩大類。全主動(dòng)懸架系統(tǒng)是在被動(dòng)懸架中附加一個(gè)可控制作用力裝置。它通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)和能源系統(tǒng)四部分組成【“。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令，一般為力發(fā)生器或轉(zhuǎn)矩發(fā)生器。測(cè)量系統(tǒng)包括傳感器，用于測(cè)量系統(tǒng)的各種狀卷為控制系統(tǒng)所用?？刂葡到y(tǒng)的作用是根據(jù)控制律處理數(shù)據(jù)并發(fā)出控制指令當(dāng)控制系統(tǒng)接收到汽車車身與車輪的狀態(tài)信息時(shí)，不僅能控制液壓缸的動(dòng)作，而且還可以根據(jù)需要改變懸架的剛度和阻尼，并對(duì)各車輪進(jìn)行單獨(dú)控制能源系統(tǒng)為以上各

7、部分提供能量主動(dòng)懸架按其工作方式的不同，可分為全主動(dòng)（）、半主動(dòng)江蘇大擘碩士研究生畢業(yè)論文（）和慢主動(dòng)（）三大類。其中半主動(dòng)懸架又可分為阻尼有級(jí)可調(diào)（）和阻尼連續(xù)可調(diào)（）兩種類型川。汽車懸架分類及其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖，所示暈軍蕈軍毛車。韋屯車毛專（）被動(dòng)懸架（”慢主動(dòng)懸絮”一簧載質(zhì)黛（）半主動(dòng)懸架一固定阻尼器（）全主動(dòng)懸架吃一可調(diào)阻尼器啊質(zhì)：一主動(dòng)懸架作動(dòng)器圖一懸架彈簧剛度屯一輪胎的剛度汽車懸架分類及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車轉(zhuǎn)向操縱性能的要求也日盞提高。為了保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，都有較理想的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向輕便性，即使在停

8、車情況下轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤也能輕便靈敏。由高速行駛時(shí)又不會(huì)感到輕飄不穩(wěn)人們對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。汽車操縱穩(wěn)定性是指汽車確切地響應(yīng)操縱輸入與抵抗外界擾動(dòng)的能力，其中操縱性指汽車系統(tǒng)作為隨動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向輸入產(chǎn)生跟隨響應(yīng)的能力；穩(wěn)定性指抵抗外界路面或陣風(fēng)擾動(dòng)的能力，兩方面難以截然分開(kāi)，統(tǒng)稱操縱穩(wěn)定性。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段。首先是機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于采用純棒的機(jī)械解決方案，不得不使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤來(lái)產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩，占用駕駛室的空間很大，整個(gè)機(jī)構(gòu)顯得比較笨拙。通用汽車公司在年首次使用了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)給汽車的駕駛控制性能帶來(lái)了巨大的變化，這技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展

9、，使得動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、功率消耗和價(jià)格等方面都取得了很大江蘇走擘碩士研究生畢業(yè)論文的進(jìn)步。后來(lái)又出現(xiàn)了變減速比的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變流量泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）但是這些液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在系統(tǒng)布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面存在著一定的缺陷。經(jīng)過(guò)多年的探索，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（，）作為一種全新的動(dòng)力轉(zhuǎn)向模式走入了業(yè)界的視野，并且很快成為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。它屬于與傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同的另一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它直接依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助扭矩，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)電流的幅值和方向，從而安現(xiàn)轉(zhuǎn)向器電動(dòng)助力的要求，這種系統(tǒng)使汽車在低速時(shí)能減輕操縱力，從而提

10、高操縱的輕便性：而當(dāng)汽車在高速行駛時(shí)，電子控制系統(tǒng)保證提供最優(yōu)控制傳動(dòng)比和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向手感，從而提高高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性，而且它可以較好地解決液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能解決的矛盾。目前，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有代替液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢(shì)川世界各大汽車公司對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究己經(jīng)有多年的歷史，但是在開(kāi)始的數(shù)年間一直沒(méi)有取得大的進(jìn)展，主要原因是電子器件和傳感器等技術(shù)的發(fā)展不是很理想，作為大批量應(yīng)用，其成本居高不下但是近幾年來(lái)，隨著電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，硬件成本太幅度下降，從而使得大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用成為可能，加之電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其相配套的部件的研究與開(kāi)發(fā)愈來(lái)愈備受各主要車

11、生產(chǎn)企業(yè)的青睞。￥控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用年月日本鈴木公司首次在其車上裝備，隨后還用在了其車上從出現(xiàn)到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)了二十多年的發(fā)展，其技術(shù)日趨完善。應(yīng)用范圍已經(jīng)從最初的微型轎車向更高級(jí)的轎車和商用客車方向發(fā)展，如本田的和菲亞特的等中型轎車已經(jīng)安裝，本田甚至還在其賽車上裝備了。的助力型式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式與功能也進(jìn)一步加強(qiáng)。目前取得實(shí)際應(yīng)用的電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)一例外地把傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為后備，一旦助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障，駕駛員可以使用手動(dòng)轉(zhuǎn)向把車開(kāi)到修理站州。國(guó)內(nèi)科研院校（如清華大學(xué)、江蘇大學(xué)，吉林大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等高校）對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向及其控制系統(tǒng)進(jìn)行了丈量研

12、究，取得了一定的研究成果。但是，其動(dòng)江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文力學(xué)特性、控制策略與整車性能之間關(guān)系等方面尚需要深入研究，特別是以上文獻(xiàn)中部未考慮汽車轉(zhuǎn)向時(shí)懸架運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響。事實(shí)上，懸架運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)其有重要影響。同本學(xué)者證明了汽車轉(zhuǎn)向和懸架之間存在著很大的相互影響。從而導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的控制器性能不夠完善由于本文的研究對(duì)象是轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)的集成控制，下面簡(jiǎn)介一下汽車的集成控制研究。汽車集成控制及發(fā)展現(xiàn)狀汽車集成控制基本思想控制技術(shù)在汽車上的應(yīng)用最早始于年代，并主要為了滿足法規(guī)對(duì)排放和燃油消耗的限制。今天的汽車設(shè)計(jì)己經(jīng)不僅僅是機(jī)械設(shè)計(jì)。而是機(jī)械設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)的邏輯綜合。為此我們?yōu)槲磥?lái)的汽車設(shè)立

13、一個(gè)全新的框架，而其中的技術(shù)焦點(diǎn)是汽車的集成控制。近年來(lái)，為提高車輛乘坐舒適性，安全性和操縱穩(wěn)定性的各種電子控制技術(shù)得到了巨大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用例如防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（）、牽引力控制（）、四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（）以及主動(dòng)懸架系統(tǒng)等它們的研究和應(yīng)用對(duì)車輛性能的提高有重大的意義。但是以上各個(gè)控制子系統(tǒng)都是針對(duì)提高車輛某一項(xiàng)性能指標(biāo)，而整車性能的提高則依賴于備個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。因此車輛系統(tǒng)集成控制成為覡代車輛動(dòng)力學(xué)控制研究的熱點(diǎn)“系統(tǒng)工程中的一個(gè)重要原則是各個(gè)子系統(tǒng)的性能簡(jiǎn)單相加，并不能達(dá)到優(yōu)化整體性能的目的，這對(duì)汽車控制也是如此。由于汽車是一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)，各個(gè)元素之間對(duì)立統(tǒng)一從縱向來(lái)看，把任何一個(gè)子系統(tǒng)變?yōu)?/p>

14、可控的那么這種控制會(huì)對(duì)汽車的各個(gè)使用性能產(chǎn)生影響。從橫向來(lái)看，多個(gè)可控子系統(tǒng)并存，他們之問(wèn)必然存在著相互協(xié)調(diào)的問(wèn)題。當(dāng)各個(gè)子系統(tǒng)按各自不伺的性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化控制時(shí)，這些可控子系統(tǒng)的簡(jiǎn)單疊加并不能獲得良好的綜合性能，這就引出了集成控制的概念。從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來(lái)看，任何事物都是相互聯(lián)系的，因此考慮問(wèn)題，必須研究各子系統(tǒng)日相互制約和相互影響，也就是說(shuō)要從整體性、相關(guān)性上解決汽車的控制閩題。為了避免單獨(dú)控制的相互干擾，以改善整個(gè)車輛的動(dòng)力學(xué)性能。絕對(duì)有必要對(duì)單個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，因此可以說(shuō)集成控制就是僑調(diào)控制“汽車集成控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀近年來(lái)已有不少學(xué)者在底盤集成控制技術(shù)這方面進(jìn)行了大量的研究工作。英

15、國(guó)的江蘇太擎項(xiàng)士研究生畢業(yè)論丈的教授提出了基于相互作用的多目標(biāo)優(yōu)化和集成控制【“，用于底盤系統(tǒng)的主動(dòng)控制；本的等人提出用于改善汽車側(cè)向動(dòng)力學(xué)性能的集成控制模型，在主動(dòng)懸架模型、汽車角輸入操縱模型和模型的基礎(chǔ)上，建立了全車階集成模型，并設(shè)計(jì)了日控制器“：文獻(xiàn)“”中設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向與懸架集成控制器使汽車在轉(zhuǎn)向行駛中動(dòng)力學(xué)特性和操縱穩(wěn)定性優(yōu)于分別進(jìn)行控制的簡(jiǎn)單相加。國(guó)內(nèi)有關(guān)汽車底盤部分子系統(tǒng)集成控制的研究才剛起步，尚處于理論研究和仿真分析階段，相關(guān)的研究報(bào)道還不太多。文獻(xiàn)“”提出了采用轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系的聯(lián)合協(xié)調(diào)主動(dòng)控制，很好地改善了汽車的動(dòng)力學(xué)特性；文獻(xiàn)“設(shè)計(jì)了一種汽車控制系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，將模擬計(jì)算、實(shí)時(shí)

16、硬件仿真和實(shí)車試驗(yàn)結(jié)合在一起，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性。由于轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)是影響汽車車身姿態(tài)的兩大關(guān)鍵系統(tǒng)，兩者在各自的研究領(lǐng)域也有了相對(duì)成熟的理論。文獻(xiàn)？指出了具有良好控制策略的可獲得理想的靜態(tài)主動(dòng)助力特性，有效地減少由路面不平度所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系的擾動(dòng)，此外，它可大大改善轉(zhuǎn)向響應(yīng)，使汽車在經(jīng)歷彎道后引起的橫向擺動(dòng)快速收斂；但當(dāng)汽車在高速轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，產(chǎn)生的高頻側(cè)向加速度易引起汽車的快速瞬態(tài)側(cè)傾，此時(shí)則難以消除之當(dāng)有外界輸入和汽車本身狀態(tài)的變化時(shí)。懸架可根據(jù)一定的控制規(guī)律來(lái)改變懸架的剮度和阻尼，以減少車身加速度和其姿奈的變化（如側(cè)傾、橫擺、俯仰等），并保證在彎曲路段和高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性

17、。應(yīng)用懸架來(lái)控制汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的姿態(tài)變化，對(duì)改善汽車在較大側(cè)向加速度范圍內(nèi)的操縱性能有較好的效果。同時(shí)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，與自適應(yīng)懸架系統(tǒng)的集成控制技術(shù)成為當(dāng)今研究的熟點(diǎn)。課題研究目的與主要內(nèi)容研究目的汽車電子化是當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)繼電器技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、制動(dòng)器和懸架等系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用之后，國(guó)外轎車和輕型汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正逐步取代傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目前，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一。主動(dòng)懸架是一種可同時(shí)改善操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性的電控系統(tǒng)。應(yīng)用主動(dòng)懸架來(lái)控制汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的姿態(tài)變化，控制車輪動(dòng)載荷，增加輪胎側(cè)偏剛，江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文度，可在橫

18、擺和側(cè)傾方面獲得良好的頻率響應(yīng)。若在設(shè)汁過(guò)程中將和主動(dòng)懸架相結(jié)合，在不同的工況下，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向力和車身姿態(tài)協(xié)調(diào)控制，可以更好的改善汽車的操縱性和穩(wěn)定性。但是這兩個(gè)控制系統(tǒng)肓不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)和控制策略，不能將它們簡(jiǎn)單的疊加。由于￥和主動(dòng)懸架這兩個(gè)子系統(tǒng)之間有復(fù)雜的相互關(guān)系，同時(shí)為改善汽車的動(dòng)力學(xué)特性，必須深入研究它們之的相互制約、相互影響和相互協(xié)調(diào)問(wèn)題，建立將這者柜結(jié)合的整車模型，并進(jìn)行集成控制。本文對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（）與懸架系統(tǒng)集成控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究，主要在與懸粲集成系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)丌發(fā)了與懸架控制系統(tǒng)的硬件電路和相應(yīng)的軟件程序，并進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)主要研究?jī)?nèi)容本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基臺(tái)項(xiàng)目汽

19、車主動(dòng)懸架控制的研究（編號(hào)：），江蘇省高新技術(shù)項(xiàng)目汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與主動(dòng)懸架集成控制的研究（編號(hào)：），對(duì)與自適應(yīng)懸架系統(tǒng)集成控制中的一些關(guān)鍵技術(shù)作初步探索：、研究開(kāi)發(fā)了以單片機(jī)為微處理器的電子控制單元的硬件，控制單元具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)控制功能。根據(jù)采集的數(shù)掘信號(hào)，確定電動(dòng)機(jī)輸出的目標(biāo)電流，利用脈寬調(diào)制技術(shù)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制電動(dòng)機(jī)的輸出電流和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。二、提出了基于瞞算法的模糊集成控策略根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的變化情況。通過(guò)自適應(yīng)模塊調(diào)整帶修正因子的模糊控制系統(tǒng)。便于跟蹤實(shí)時(shí)控制過(guò)程。仿真結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的集成控制系統(tǒng)，與懸架控制系統(tǒng)相比，操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性、行駛平順性

20、和安全性均得到較大改善。三、設(shè)計(jì)控制電路的軟件程序。軟件程乎包括數(shù)據(jù)信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換與控制策略的實(shí)現(xiàn)兩部分，采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想。分別設(shè)計(jì)了系統(tǒng)主程序、轉(zhuǎn)換程序、車速信號(hào)采集程序，加速度信號(hào)采集程序，電流采集程序、扭矩采集程序和哪控制程序，并部分實(shí)現(xiàn)了集成系統(tǒng)的控制算法。在自主開(kāi)發(fā)的臺(tái)架上對(duì)硬件電路和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠滿足控制要求，能有效的改善汽車行駛性能，為與懸架集成控制系統(tǒng)的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)江蘇大擘項(xiàng)士研究生畢業(yè)論文本章小節(jié)本章主要是對(duì)全文的綜述性的論述，對(duì)目前汽車集成控制系統(tǒng)的概況做了簡(jiǎn)要介紹，在分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上討論了集成系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及本

21、課題研究的目的和意義，并介紹了本文的主要研究?jī)?nèi)容，使讀者對(duì)本文所要研究的對(duì)象和內(nèi)容有個(gè)初步的了解。江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文第二章集成控制的工作原理集成控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介是當(dāng)前汽車技術(shù)的研究熟點(diǎn)之一“，但是目前的研究大多是以單純的模型為研究對(duì)象的，未考慮其與車身、懸架之蒯的相互影響關(guān)系，即設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，認(rèn)為汽車的懸架系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)向沒(méi)有影響。同樣，在設(shè)計(jì)自適應(yīng)懸架控制系統(tǒng)時(shí)，假設(shè)對(duì)其不產(chǎn)生任何影響，或者根本不考慮轉(zhuǎn)向問(wèn)題。事實(shí)上，轉(zhuǎn)向與懸架之間存在著很大的影響關(guān)系。從對(duì)轉(zhuǎn)向工況下懸架系統(tǒng)的分析可知，轉(zhuǎn)向?qū)壹苓\(yùn)動(dòng)的確有重要影響。因此針對(duì)或懸架其中某一子系統(tǒng)進(jìn)行的控制研究顯然是不夠客觀的，考慮與自適應(yīng)懸架

22、這兩個(gè)子系統(tǒng)之聞的相互影響設(shè)計(jì)相應(yīng)的集成控制系統(tǒng)，使與自適應(yīng)懸架子系統(tǒng)的性能得到綜合提高，是很有必要的在集成控制的研究中，可以采用兩種策略實(shí)現(xiàn)：一種是分別對(duì)主動(dòng)懸架和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，利用兩者在狀態(tài)變量上的耦合，分別調(diào)節(jié)兩個(gè)控制器的控制參數(shù)，從而達(dá)到集成控制的目的：一種是將兩者的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)完全融合，把懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系視為一個(gè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一獨(dú)立控制器實(shí)現(xiàn)集成控制。本來(lái)探討了后一種實(shí)現(xiàn)方法及其集成優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。的工作原理的構(gòu)成與工作原理系統(tǒng)按照其轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與位胃的不同，可以分為轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式三種形式，但不同類型的基本工作原理是相同的。轉(zhuǎn)向軸助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

23、組成如圖一所示。其工作原理為：的轉(zhuǎn)向軸由靠扭桿相連的輸入軸和輸出軸組成輸出軸通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿使車輪轉(zhuǎn)向，輸出軸除通過(guò)扭桿與輸入軸相連外，還經(jīng)行星齒輪減速機(jī)構(gòu)一離合器與助力電機(jī)相連。駕駛者在操縱方向盤時(shí)，給輸入軸輸入了角位移目，輸入軸和輸出軸之目的相對(duì)角位角位移使扭桿受扭，扭矩傳感器將扭桿所受到的扭矩轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸入電控單元，與此同時(shí)，車速傳感器檢測(cè)到的車速信號(hào)也輸入電控單元，電控單元綜合方向盤的扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及車速等輸入信號(hào)，判斷是否需要助力以及助力的方向。若需要助力，則依扛蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文圖轉(zhuǎn)向軸式屯動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖照既定的助力控制鐿略計(jì)算電動(dòng)機(jī)助力轉(zhuǎn)矩的大小并輸

24、出相應(yīng)的控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路提供相應(yīng)的電壓或電流給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩由蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置放大再施加給轉(zhuǎn)向軸起助力作用從而完成實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向。若出現(xiàn)故障或車速超出設(shè)定值則停止對(duì)電機(jī)供電，系統(tǒng)不提供助力，同時(shí)，離合器切斷，以避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受電機(jī)慣性力矩的影響，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)助力。正是由于系統(tǒng)有了電控單元，較傳統(tǒng)，的助力大小可以根據(jù)控制策略調(diào)整，這給了設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供了可能。的類型的類型通常可以按其助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)位置和結(jié)構(gòu)的不同可分為“齒條助力式（圖）、轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式（圖）和轉(zhuǎn)向軸助力式（圖）齒條助力式：助力機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向齒條處電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條處。因該方

25、案的助力輸入在齒條上，要求電動(dòng)機(jī)輸出最大力矩相對(duì)要大些，與轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式相比，可以提供更大的轉(zhuǎn)向力，適用于大型車。轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式：轉(zhuǎn)向助力結(jié)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向器小齒輪處，與轉(zhuǎn)向軸助力相比，可以提供較大的轉(zhuǎn)向力，適用于中型車，其助力控制特性方面比較復(fù)雜。轉(zhuǎn)向軸助力式：助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向軸上，當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，控制單元控制直流電機(jī)，輸出助力，電機(jī)的動(dòng)力經(jīng)離合器、電機(jī)齒輪傳給轉(zhuǎn)向軸的齒輪，然后經(jīng)萬(wàn)向節(jié)及中間軸傳給轉(zhuǎn)向器，因助力輸入經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向器傳遞，因此要求電動(dòng)機(jī)的最大輸出力矩小 江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文的主要部件￥的主要部件包括扭矩傳感器、車速傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元等。電動(dòng)

26、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制決策主要取決與車速傳感器信號(hào)和扭矩傳感器信號(hào)，它們性能的優(yōu)劣、壽命的長(zhǎng)短，直接影響著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部分的控制效果和監(jiān)測(cè)質(zhì)量。多多妗歲夕盈齬自，】¨詫髓斌目往力杰圈助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)位置不同的的類型轉(zhuǎn)矩傳盛器早期的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中用的是電位器式傳感器這種扭矩傳感器原理簡(jiǎn)單、成本較低，但是它存在著精度不是很高、測(cè)量系統(tǒng)較復(fù)雜、壽命相對(duì)較短等固有缺陷，決定了在未來(lái)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中不是理想的扭矩傳感器。本文采用了光電扭矩傳感器，主要由光電編碼器組成。光電編碼器是在平板玻璃圓盤或其它透明材料上，通過(guò)光學(xué)刻化和照相復(fù)制，對(duì)盤面按一定的數(shù)學(xué)模式分割，形成明暗相間的刻線或刻區(qū)而制成的傳

27、感器?；旧峡煞譃閮深悾阂活愂菆A光柵編碼器；另一類是在很多同心圓上刻制了絕對(duì)位置碼。如圖。該類傳感器是通過(guò)測(cè)量扭桿的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角來(lái)獲得作用在轉(zhuǎn)向拄上的扭力的大小，應(yīng)用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，在光電編碼器盤的一側(cè)放上光源向盤投射可見(jiàn)光，在盤的另一面設(shè)置一組光電器件轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，光電器件可以把透過(guò)圓盤和指標(biāo)光柵或狹縫的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、整形等后續(xù)處理，就將轉(zhuǎn)動(dòng)信息傳遞給控制單元，從而獲得轉(zhuǎn)向軸上的扭矩的大小其輸出為格雷碼，轉(zhuǎn)化也比較方便，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的光電傳感器是采用軟件譯瑪?shù)姆椒?。光電傳感器測(cè)量精度較高，數(shù)字化結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，壽命比較長(zhǎng)，但價(jià)格較高。本系統(tǒng)采用的是八位的光電扭

28、矩傳感器。江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文圖光電扭矩傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理車速傳感器車速傳感器位于變速器輸出軸上。為磁感應(yīng)式，如圖所示。它能產(chǎn)生頻圖車速佶感器率與車速成正比的正弦脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)里程表電路處理后，形成方波信號(hào)，該方波信號(hào)一方面給罩程表使用一方面通過(guò)導(dǎo)線送至控制器，向控制器提供車速信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)車速的高低決定助力的大小，一般低速時(shí)助力大，轉(zhuǎn)向輕便：高速時(shí)減小助力，以提高路感和操縱穩(wěn)定性。直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)需要報(bào)據(jù)指令信號(hào)而改變，根據(jù)電動(dòng)機(jī)在助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的作用和特點(diǎn)，一般需滿足如下要求：）盡可能高的響應(yīng)頻率：）機(jī)械持性的硬度的數(shù)值盡可能大；）盡可能寬的調(diào)

29、速范圍；）良好的低速平穩(wěn)性；江蘇大學(xué)碩士矸究生畢業(yè)論吏）過(guò)載能力強(qiáng)；本系統(tǒng)所采用的直流電機(jī)的規(guī)格如表表直流有刷永磁電動(dòng)機(jī)規(guī)格直流有刷永磁電動(dòng)機(jī)規(guī)格型式額定宅壓（）額定功率（）直流永磁額定時(shí)間旋轉(zhuǎn)方向勵(lì)磁方式外殼彤式絕緣等級(jí)最大電流（）絕緣電阻正反向永久磁鐵全封蝴額定轉(zhuǎn)速（冊(cè)）額定扣矩（）額定電流（）轉(zhuǎn)動(dòng)慣垃大電磁離合器與減速機(jī)構(gòu)電磁離合器安裝在電動(dòng)機(jī)和減速齒輪之間，它的作用主要是便電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)快速的結(jié)合和分離。當(dāng)系統(tǒng)工作于助力模式時(shí)，離合器便電機(jī)與減速齒輪結(jié)合，傳送電機(jī)的輸出扭矩。當(dāng)系統(tǒng)車速高于設(shè)定值或電機(jī)電流高于設(shè)定值或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，離合器又?jǐn)嚅_(kāi)電動(dòng)機(jī)與減速齒輪的連接，使系統(tǒng)停止助力，改

30、為人工操作，從而保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。電磁離合器的選用主要是要滿足穩(wěn)定可靠的結(jié)合與分離能夠很好的傳遞扭矩?，F(xiàn)已知電動(dòng)機(jī)的額定扭矩，考慮余量離合器的額定扭矩選擇。減速機(jī)構(gòu)起減速增扭作用，通常為蝸輪蝸桿式、雙攤行星齒輪式或球螺旋機(jī)構(gòu)式。主動(dòng)懸架的工作原理汽車在瞬態(tài)轉(zhuǎn)向時(shí)，考慮車身的側(cè)偏，橫擺，跳躍，俯仰運(yùn)動(dòng)，通過(guò)減振器的阻尼力將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成熱能，從而減小車輪與車身之腳的振動(dòng)幅度和能量，提高汽車的平順性和舒適性，提高汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性和安全性等綜合指標(biāo)。主動(dòng)懸架的主要部件可調(diào)阻尼減振器口】減振器是汽車懸架系統(tǒng)中主要的阻尼元件，是自適應(yīng)懸架的核心部件。本系統(tǒng)對(duì)原有的液壓被動(dòng)減振器進(jìn)行了改動(dòng)

31、，設(shè)計(jì)出了節(jié)流口可調(diào)式減振器，使用步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)減振器的阻尼為控制系統(tǒng)實(shí)車道路試驗(yàn)提供了條件?？烧{(diào)阻尼減振器在拉伸和壓縮行程中可調(diào)節(jié)流口可以通過(guò)芯桿，由步進(jìn)電機(jī)進(jìn)江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文行驅(qū)動(dòng)這樣，步進(jìn)電機(jī)接受控制器發(fā)出的指令，就可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)角來(lái)調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)流口的節(jié)流面積，從而達(dá)到控制減振器的阻尼值的目的。當(dāng)可調(diào)節(jié)流口過(guò)流面積增大時(shí)，減振器阻尼力將相應(yīng)減??；當(dāng)可調(diào)節(jié)流口過(guò)流面積減小時(shí)，減振器阻尼力將相應(yīng)增大。囝改進(jìn)前后的液壓阻尼減振器步進(jìn)電機(jī)活塞桿蕃桿上腔可調(diào)節(jié)渣口下腔補(bǔ)償室圈可調(diào)阻尼減振器結(jié)構(gòu)圖毽蘭池三圈節(jié)流口可調(diào)式液壓阻尼減振器作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或

32、線位移的執(zhí)行器，可以直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，并且不需要反饋就能對(duì)位置或速度進(jìn)行控制。因此，在汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中被廣泛地作為執(zhí)行器使用。在主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)中，選用三相步進(jìn)電機(jī)，為 江蘇太擘碩士研究生畢業(yè)論文了能準(zhǔn)確完成可變阻尼的調(diào)節(jié)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足可選擇三相三拍及三相六拍兩種工作方式之一進(jìn)行方向?yàn)檎D(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種，按照預(yù)置要求完成行走步數(shù)。本系統(tǒng)的采用了北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司的型號(hào)電機(jī)，能夠滿足拖動(dòng)負(fù)載所需要的力矩，最高轉(zhuǎn)速不超過(guò)轉(zhuǎn)分。加速度傳感器試驗(yàn)中采用壓電式加速度傳感器，其基本原理是在壓電晶體上固定一質(zhì)量，當(dāng)受到振動(dòng)加速度時(shí)，質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，由于壓電效應(yīng)使其表面

33、產(chǎn)生電荷，根據(jù)電荷量的大小及其變化情況?？捎?jì)算出加速度的大小。本系統(tǒng)采用的傳感器的靈敏度為。集成控制系統(tǒng)的總體框架系統(tǒng)電控單元（）的功能是根據(jù)傳感器信號(hào)，進(jìn)行邏輯分析與計(jì)算后，發(fā)出指令，控制電動(dòng)機(jī)和離合器的動(dòng)作。此外，還有安全保護(hù)和自我診斷功能，通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)的電流、電動(dòng)機(jī)電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)工況等信號(hào)判斷其系統(tǒng)工作狀況是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，助力將自動(dòng)取消。本系統(tǒng)采用了位的作為的處理器芯片。另外控制系統(tǒng)與控制算法是控制的關(guān)鍵之一?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)抗干擾能力，以適應(yīng)汽車復(fù)雜的行駛環(huán)境?？刂扑惴☉?yīng)快速正確滿足實(shí)時(shí)控制的要求”。集成控制系統(tǒng)的總體框架集成控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖所示該電路由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、

34、扭矩信號(hào)輸入電路、車速信號(hào)輸入電路、電流信號(hào)輸入電路、加速度信號(hào)輸入電路和報(bào)警指示燈驅(qū)動(dòng)電路等組成。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路由專用驅(qū)動(dòng)集成電路、橋式電路、和光耦邏輯驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。¨扛蘇太肇碩士研究生畢業(yè)論丈圈集成控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)采樣力矩傳感器、車速傳感器、霍爾傳感器、加速度傳感器等模擬輸出信號(hào)，通過(guò)微機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，運(yùn)用一定的控制策略對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，輸出控制信號(hào)控制信號(hào)主要包括兩個(gè)方面：一方面向（場(chǎng)效應(yīng)晶體管）驅(qū)動(dòng)電路輸出控制信號(hào)，由哪（脈寬調(diào)制）驅(qū)動(dòng)橋式電路，以確定目標(biāo)電流的大小和助力方向，從而驅(qū)動(dòng)助力電機(jī)達(dá)到轉(zhuǎn)向助力的效果：另一方面通過(guò)脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)

35、驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，從而調(diào)節(jié)阻尼減振器實(shí)現(xiàn)懸架的主動(dòng)控制。本章小結(jié)本章介紹了集成控制中的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向部分與懸架部分的基本工作原理及其類型，并研究了集成控制系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)，從總體上勾勒了集成控制系統(tǒng)的功能框架。探討了集成系統(tǒng)對(duì)傳感器、電動(dòng)機(jī)，離合器、減振器及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求，對(duì)系統(tǒng)的各部件進(jìn)行了具體的選型，并對(duì)系統(tǒng)的某些部件進(jìn)行了調(diào)整與改進(jìn)，在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了實(shí)際功能驗(yàn)證。江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論支第三章集成控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)集成控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容集成系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能是采集來(lái)自傳感器的信號(hào)，經(jīng)控制器運(yùn)算，判決后，控制電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)向時(shí)為駕駛?cè)藛T的轉(zhuǎn)向提供輔助力并調(diào)節(jié)懸架的阻尼力另外，考

36、慮到其應(yīng)用對(duì)象的特殊性，其安全性要求的絕對(duì)地位，系統(tǒng)還需要提供許多應(yīng)急處理方案。綜合考慮系統(tǒng)的功能要求和一些特殊要求，集成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括以下一些主要模塊。分別是：系統(tǒng)控制器核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制單元接口電路，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及其保護(hù)電路，電磁離合器控制電路、傳感器信號(hào)處理電路、故障診斷與故障顯示電路以及電源系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)等。集成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)核心電路的設(shè)計(jì)包括微控制器的選型、微控制器關(guān)鍵引腳設(shè)置，內(nèi)部資源分配、存儲(chǔ)器等內(nèi)容。的結(jié)構(gòu)功能控制系統(tǒng)的控制對(duì)象控制電路是比較復(fù)雜的。因此希望主控芯片能集成多項(xiàng)功能，如能自動(dòng)產(chǎn)生州波、有轉(zhuǎn)換器、各種同步串行接口、足夠的內(nèi)部和

37、、看門狗和電源管理等。通過(guò)對(duì)目市場(chǎng)上單片機(jī)品種的調(diào)研以及查閱相關(guān)資料，能滿足上述要求比較，采用了公司的微控制器，其優(yōu)點(diǎn)為：一、控制系統(tǒng)的電機(jī)都采用脈沖寬度調(diào)制（），用于調(diào)節(jié)電機(jī)電樞酶端的電壓或調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。微處理器帶有個(gè)通道，很大程度上簡(jiǎn)化了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。、控制系統(tǒng)的輸入處理信號(hào)均為脈沖信號(hào)，為了獲得信號(hào)的具體情況，不可避免要進(jìn)行頻率的測(cè)量。的定時(shí)器有路捕獲電路，可以用于捕捉外部詠沖信號(hào)根據(jù)一個(gè)周期所捕獲的脈沖信號(hào)，可以方便的計(jì)算出被測(cè)脈沖的周期。三，外部輸入信號(hào)為模擬信號(hào)，要進(jìn)行轉(zhuǎn)換內(nèi)置個(gè)位路轉(zhuǎn)換器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中無(wú)需外擴(kuò)轉(zhuǎn)換器件，有利于控制電路板的體積小型

38、化。四、系統(tǒng)控制的適時(shí)性較高，這就要求處理器有比較快的數(shù)據(jù)處理能力江蘇太擘碩士研究生畢業(yè)論主的工作頻率可達(dá)播，能夠滿足系統(tǒng)的要求。五，現(xiàn)代汽車往往配各有防抱制動(dòng)裝置（）、和其他一些電器控制單元，這些模塊通過(guò)總線與汽車控制系統(tǒng)的總控制模塊相關(guān)聯(lián)，通訊。除了具有全雙工的串行接口外，還有串行接口，能夠方便地與系統(tǒng)的其他模塊進(jìn)行總線集成和通訊。在汽車電控系統(tǒng)中，普遍被采用的總線是（），作為實(shí)驗(yàn)階段，現(xiàn)在采用倘使真正投入工業(yè)化應(yīng)用可以選用帶有總線擴(kuò)展功能的微控制器，以便與汽車電控部分的其它控制單元相集成。傳感器信號(hào)處理電路傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。在實(shí)際

39、的測(cè)量中，大量的被測(cè)量是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，這就要求傳感器的輸出不僅能精確地反映被測(cè)量的大小還要正確再現(xiàn)被測(cè)量隨時(shí)間變化的規(guī)律，即要求傳感器的動(dòng)態(tài)特性要好。因此，傳感器的選擇不但要考慮其精度、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能是否能達(dá)到檢測(cè)要求，還要考慮傳感器的輸出信號(hào)與工控機(jī)板卡的接口標(biāo)準(zhǔn)、在現(xiàn)場(chǎng)的安裝分布、易于擴(kuò)展及價(jià)格等。系統(tǒng)需要采集到方向盤扭矩、車速、電機(jī)電流信號(hào)以及如蓄電池電壓等在內(nèi)的狀態(tài)信號(hào)，因此傳感器的選型和設(shè)計(jì)是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。扭矩信號(hào)處理電路光電扭矩傳感器的信號(hào)處理電路如圖所示圈光電扭矩傳感器的信號(hào)處理電路光電扭矩傳感器的輸出信號(hào)直接連接到處理器的數(shù)據(jù)線上傳感器部分的電源由系統(tǒng)板提供。引腳

40、用于扭矩傳感器信號(hào)的選通控制。與門確保只有在扭矩傳感器片選端和處理器讀控制端口同時(shí)低電平的情況下，光電扭矩傳感器才被選通，進(jìn)行扭矩信號(hào)的讀取防止與控制系統(tǒng)的其它設(shè)各或者動(dòng)作發(fā)生總線沖突。江蘇走擘碩士研究生畢業(yè)論支車速信號(hào)處理電路車速信號(hào)是的單極性脈沖信號(hào)，此信號(hào)是從車速里程表里面引出的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)所能處理的信號(hào)高電壓在左右，所以車速信號(hào)的通道設(shè)計(jì)主要是完成信號(hào)的電平匹配設(shè)計(jì)，也即將的信號(hào)轉(zhuǎn)化為的數(shù)字信號(hào)，可以采用光電藕合器利用分壓原理，其具體電路如圖所示，其中和選擇合適的電阻值即可。圖車速信號(hào)處理電路電機(jī)反饋電流信號(hào)處理電路系統(tǒng)進(jìn)行電流取樣有兩方面的用途，其一是為電動(dòng)機(jī)提供保護(hù)。另一方面通過(guò)電

41、流傳感器反饋的電樞電流信號(hào)，進(jìn)行電樞電流的反饋控制。本系統(tǒng)采用北京柏艾斯科技有限公司的型霍爾電流傳感器?！?，具有反應(yīng)時(shí)問(wèn)快，過(guò)載能力強(qiáng)，全程范圍內(nèi)極高的線性度的特點(diǎn)，其電氣參數(shù)如表所示，接線方式如圖衷霍爾電流傳感器電氣參數(shù)袁電源電壓額定輸入電流電流測(cè)量范圍精度線性度額定輸出電流失調(diào)電流講出跟隨精度響應(yīng)時(shí)間頻帶寬度耐壓±一、優(yōu)于±蔓，由于助力電動(dòng)機(jī)提供兩個(gè)方向的助力，電動(dòng)機(jī)的助力電流也就有負(fù)之分。霍爾傳感器輸出的是電流信號(hào)（），而系統(tǒng)接受的是電壓信號(hào)，故需在傳感器江蘇太學(xué)碩士研究生畢業(yè)論之的輸出引腳上接一個(gè)約的電阻，將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換為一的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)一加法器將電壓變換為

42、，再經(jīng)過(guò)一運(yùn)放電路將電壓變換為，經(jīng)過(guò)二階濾波送到控制器的端口。其電路如圖所示，霍爾傳感器電路連接叫電流信號(hào)處理電路電荷采集電路由于來(lái)自電荷傳感器的信號(hào)通常郝伴隨著很大的共模電壓（包括干擾電壓）所以運(yùn)算放大器采用了差動(dòng)組態(tài)柬抑制共模信號(hào)，電荷傳感器的“地，與放大器的“地”不處于同一電位上有一個(gè)“地回路”引起的干擾電壓，顯然是一個(gè)共模信號(hào)。因此。采用如圖的放大電路，干擾電壓將被大大抑制，只有所需有用電路得到良好的放大。此電路是目前廣泛應(yīng)用的由三個(gè)集成運(yùn)放組成的數(shù)據(jù)放大電路。由，兩個(gè)對(duì)稱的運(yùn)放組成差動(dòng)輸入雙端輸出的前置放大器和，的差動(dòng)組態(tài)單端輸出放大器所組成。該電路輸出只于差模輸入電壓有關(guān)，具有良好

43、的共模抑制能力采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)運(yùn)放電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于電路的轉(zhuǎn)換頻率低于采集電路的頻率，這就會(huì)使轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生孔徑誤差。因此，在運(yùn)放電路后加一采集保持器，如圖所示電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及其保護(hù)電路在控制器的硬件設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)是重要的一環(huán)。電動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)直接控制的對(duì)象所以這部分的設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)控制的有效性和穩(wěn)定性。電動(dòng)機(jī)的州調(diào)壓調(diào)速原理江蘇太學(xué)碩士研究生畢業(yè)論支圖電荷采集電路隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化，采用全控型的丌關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制（，簡(jiǎn)稱）的控制方式己成為絕對(duì)主流”刪控制方式需要的大功率可控器件少，線路簡(jiǎn)單：調(diào)速范

44、圍寬，快速性好：電流波形系數(shù)好，附加損耗小；效率高，功耗小、頻帶寬、滯后小，而且這種控制方式也很容易在單片機(jī)控制中實(shí)現(xiàn)。所以，刪控制方式是一種很理想的驅(qū)動(dòng)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電機(jī)控制方式也是采用的該類型的控制方式采用丌關(guān)驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)刪柬控制電機(jī)電壓時(shí)，如圖，當(dāng)開(kāi)關(guān)管的棚極輸入高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端有電壓，。秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖?，開(kāi)關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)電樞電壓為，。秒后柵極輸入變?yōu)楦唠妷?，開(kāi)關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過(guò)程。這樣對(duì)應(yīng)著輸入的電平高低，電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值為：（豐）（式中為占空比，。開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的時(shí)間，為脈寬調(diào)制的周期。占空比表示了在一個(gè)周期中，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間

45、與周期的比值。的變化范圍為當(dāng)電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值取決于占空比的大小，改變的值就可以改變端電壓的平均值。從而達(dá)到控制的目的。在調(diào)制時(shí)占空比是一個(gè)重要參數(shù)改變占空比的豐要方法有定寬調(diào)頻法、調(diào)頻調(diào)寬法和定頻調(diào)寬法。酊兩種方法由于在控制時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此這兩種方法很少用目前，在直流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。江蘇大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論吏抽）氟再藍(lán)趁（）凡電壓基形圈刪調(diào)制原理與輸入輸出波形圖助力電機(jī)的控制設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)刪控制系統(tǒng)有可逆和不可逆系統(tǒng)之分可逆系統(tǒng)是指電動(dòng)機(jī)可以正反兩個(gè)

46、方向旋轉(zhuǎn)：不可逆系統(tǒng)是指電動(dòng)機(jī)只能單向旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有正反方向轉(zhuǎn)向的要求，因此系統(tǒng)的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)也必須能夠工作在正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，所以系統(tǒng)采用可逆剛控制系統(tǒng)。對(duì)于可逆系統(tǒng)，又可以分為單極性驅(qū)動(dòng)和雙極性驅(qū)動(dòng)兩種方式單極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè)”，周期內(nèi)，作用在電樞兩端的脈沖電壓是單一極性的；雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè)州周期里，作用在電根兩端的脈沖電壓是正負(fù)交替的。雙極驅(qū)動(dòng)電路和單極驅(qū)動(dòng)電路的電路形式是一樣的其自的不同之處在于控制方式不同。雙極性可逆控制系統(tǒng)有低速平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在著電流波動(dòng)大，功耗較大。而且必須增加死區(qū)來(lái)避免開(kāi)關(guān)管直通的危險(xiǎn)，限制了開(kāi)關(guān)管頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動(dòng)機(jī)的控制單極性驅(qū)動(dòng)方式于運(yùn)行可靠性高，不需附加延時(shí)，因而開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)可以提高。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)單極性驅(qū)動(dòng)脈寬調(diào)制電路，電路原理如圖。、為光耦，一方面用于系統(tǒng)強(qiáng)電和弱電的隔離，另一方面用于驅(qū)動(dòng)四個(gè)管電機(jī)的州控制信號(hào)和方