EPS集成控制模块设计、优化与试验研究

论文摘要

本课题深入分析了EPS的基本结构、工作原理，明确其功能需求及设计中涉及到的关键技术，在此基础上对EPS集成控制模块进行了总体研发方案的制定、软硬件设计优化以及对样机的试验分析。主要包括：确定EPS集成控制模块的V型开发模式，将EPS集成控制模块分成数个子模块进行设计分析，最后逐一进行集成调试；详细研究电动助力转向系统控制方法，初步确定了数字PID控制算法中的三个关键参数；总结归纳课题组开发的前两代EPS集成控制模块的优缺点，在此基础上详细设计EPS集成控制模块的硬件系统，并对其进行优化改进。其中包括过程输入输出电路、驱动电路、供电电路、通信电路的设计与优化以及对低功耗设计的探讨；详细设计了EPS集成控制软件的流程，以时基为基础，定义各个任务的执行条件。其中，重点介绍了助力特性曲线在单片机系统中软件化实现；分析EPS集成控制模块的关键特性，并对其做相应的仿真研究，确定EPS集成控制模块中的几个重要参数；建立EPS系统模拟试验台环境，包括：拟定EPS系统试验台总体方案；试验台架的设计、制作；试验设备及元件的选取；设计不同信号的具体采集过程等；采集、分析试验数据，对EPS样机的性能进行评价。试验结果表明，本项研究已达到了原设计指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文选题背景及研究意义
• 1.2 关于嵌入式系统
• 1.3 关于汽车电动助力转向系统（EPS）
• 1.4 EPS的研究及应用现状
• 1.4.1 BPS的国外研究及应用现状
• 1.4.2 EPS的国内研究及应用现状
• 1.5 课题的主要研究内容
• 2 EPS基本原理及控制策略
• 2.1 电动助力转向系统的分类
• 2.2 电动助力转向系统工作原理
• 2.3 EPS机械执行部分
• 2.4 EPS中直流电动机的控制原理
• 2.4.1 直流电动机工作原理分析
• 2.4.2 PWM调压调速原理
• 2.4.3 受限单极性驱动可逆PWM控制原理
• 2.5 EPS转向助力特性研究
• 2.5.1 转向助力的基本概念
• 2.5.2 理想的三维转向助力特性曲线
• 2.5.3 现有EPS的转向助力特性曲线
• 2.6 EPS的补偿控制策略
• 2.6.1 回正补偿控制
• 2.6.2 阻尼补偿控制
• 2.6.3 动力回正补偿控制
• 2.7 EPS运行工况分析及其相应的控制策略
• 2.7.1 无转向状态
• 2.7.2 正常转向
• 2.7.3 绕8字转向（频繁转向）
• 2.7.4 颠簸道路转向
• 2.7.5 方向盘打死
• 2.8 EPS的控制算法研究
• 2.8.1 数字PID控制的基本概念
• 2.8.2 PID在EPS中的具体应用
• 2.9 本章小结
• 3 EPS集成控制模块总体方案研究
• 3.1 EPS集成控制模块开发模式
• 3.2 EPS集成控制模块设计流程
• 3.3 EPS集成控制模块开发环境
• 3.3.1 EPS集成控制模块硬件开发环境
• 3.3.2 EPS软件开发环境
• 3.4 EPS集成控制模块硬件设计
• 3.5 EPS集成控制模块软件设计
• 3.6 本章小结
• 4 EPS集成控制模块硬件设计与优化改进
• 4.1 EPS外围电气元件特性分析
• 4.2 现有EPS集成控制模块硬件分析
• 4.3 MCU的选择与最小系统设计
• 4.4 过程信号输入电路设计与优化改进
• 4.4.1 转矩信号采集放大电路
• 4.4.2 电机电流信号采集放大电路
• 4.4.3 车速信号采集放大电路
• 4.5 过程信号输出电路分析与优化改进
• 4.5.1 原有过程信号输出电路分析
• 4.5.2 过程信号输出电路改进分析
• 4.6 驱动电路设计与优化改进
• 4.6.1 电机驱动电路设计
• 4.6.2 MOSFET驱动电路改进设计
• 4.6.3 继电器驱动电路设计
• 4.6.4 电磁离合器控制电路设计
• 4.7 通信电路的设计
• 4.8 供电电路及保护模块设计
• 4.9 低功耗设计
• 4.10 EPS电路样板设计加工
• 4.10.1 EPS电路设计要求
• 4.10.2 电路板布线设计
• 4.10.3 大电流电路板的设计
• 4.11 本章小结
• 5 EPS集成控制软件设计与优化
• 5.1 EPS集成控制软件流程设计
• 5.2 全局变量及参数的定义
• 5.3 处理器初始化任务
• 5.4 车速信号采集任务
• 5.5 转矩信号采集任务
• 5.6 助力及动力回正运算任务
• 5.6.1 助力运算任务
• 5.6.2 动力回正运算
• 5.7 PWM输出任务及其特殊应用
• 5.8 电流信号采集任务
• 5.9 PID控制任务
• 5.10 故障诊断任务
• 5.11 电源监控和看门狗定时器的应用
• 5.11.1 电源监控模块
• 5.11.2 看门狗定时器
• 5.12 本章小结
• 6 EPS集成控制模块的性能优化研究
• 6.1 EPS性能仿真研究
• 6.2 优化目标
• 6.3 EPS集成控制模块的性能优化建模
• 6.4 模型仿真及结果分析
• 6.5 EPS集成控制模块的改进研究
• 6.6 本章小结
• 7 EPS性能试验与评价
• 7.1 EPS性能试验台设计
• 7.1.1 EPS试验平台总体方案设计
• 7.1.2 EPS试验台架设计
• 7.1.3 关于EPS试验平台外围设备
• 7.2 EPS系统台架试验流程
• 7.3 信号具体采集过程
• 7.3.1 车速信号采集
• 7.3.2 方向盘转矩信号采集
• 7.3.3 电流信号采集
• 7.3.4 输出助力采集
• 7.4 EPS样机试验数据采集与分析
• 7.5 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 未来展望
• 参考文献