基于CAN总线的商用车EPS控制器的研发

论文摘要

随着EPS技术日趋成熟,其应用范围已经从最初的乘用车辆向商用车辆方向发展。然而CAN总线技术在汽车领域的广泛应用又给EPS的设计提出了新的要求,即EPS必须具备CAN总线接口,共享其他电子系统的相关信息,才能实现自身的助力功能,因此研发基于CAN总线的商用车EPS将成为助力转向系统研究的热点课题。论文以某载重4吨的中型货车作为目标车型,通过计算目标车型的最大方向盘转矩,分析传统助力转向系统的功能和所需参数(车速值、发动机转速值、方向盘扭矩转角值)的采集方法,设计研发了基于CAN总线的商用车电动助力转向系统控制器。本文主要完成了EPS系统车速采集节点、发动机转速采集节点、助力电机控制节点、仪表盘显示节点硬件电路和软件程序的设计,软件程序设计包括CAN总线各节点应用层协议和控制策略的制定,其中对助力电机采用分层控制的方法确定了助力模式、回正模式和阻尼模式三种控制模式,并对其控制器输出电流进行PID跟踪控制。调试检测各节点硬件电路,控制器已基本满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 汽车网络技术概述
• 1.2.1 汽车网络的分类
• 1.2.2 CAN协议国内外研究现状
• 1.3 汽车转向技术概述
• 1.3.1 汽车转向系统的分类
• 1.3.2 国内外EPS技术研究现状及趋势
• 1.4 研究背景及意义
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 基于CAN总线的EPS系统设计方案
• 2.1 传统EPS系统的基本构成
• 2.2 EPS系统的受力分析
• 2.3 EPS系统控制策略
• 2.3.1 目标电流决策
• 2.3.1.1 助力控制模式
• 2.3.1.2 回正控制模式
• 2.3.1.3 阻尼控制模式
• 2.3.1.4 控制模式的选择
• 2.3.2 助力电机电流伺服控制
• 2.3.2.1 电动机转矩特性
• 2.3.2.2 电动机脉宽调制原理
• 2.3.2.3 助力电机电流控制策略
• 2.4 CAN总线协议
• 2.4.1 CAN总线的分层结构及逻辑电平
• 2.4.2 CAN总线的报文传送格式及类型
• 2.4.3 CAN总线的位定时与位同步
• 2.4.3.1 位定时
• 2.4.3.2 位同步
• 2.4.4 错误帧的种类和错误处理
• 2.4.5 CAN控制器SJA1000
• 2.5 基于CAN总线的EPS系统设计方案
• 2.5.1 CAN总线整车的通信网络拓扑结构
• 2.5.2 CAN总线的EPS系统通信网络拓扑结构
• 2.5.2.1 车速采集节点
• 2.5.2.2 发动机转速采集节点
• 2.5.2.3 仪表盘显示节点
• 2.5.2.4 助力电机控制节点
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于CAN总线的EPS系统电路设计
• 3.1 车速采集节点硬件电路设计
• 3.1.1 电源电路
• 3.1.2 单片机最小系统电路
• 3.1.3 车速采集电路
• 3.1.4 CAN总线通讯电路
• 3.2 仪表盘显示节点硬件电路设计
• 3.3 助力电机控制节点硬件电路设计
• 3.3.1 电源电路
• 3.3.2 单片机最小系统电路
• 3.3.3 扭矩转角信号采集电路
• 3.3.4 助力电机转速采集电路
• 3.3.5 助力电机电流检测电路
• 3.3.6 助力电机驱动电路
• 3.3.7 电磁离合器控制电路
• 3.3.8 故障检测电路
• 3.3.9 CAN总线通讯电路
• 3.4 本章小结
• 第四章 EPS系统各节点软件设计及实现
• 4.1 CAN总线应用层协议的制定
• 4.1.1 系统报文定义
• 4.1.2 节点报文屏蔽
• 4.2 CAN总线通讯的软件设计
• 4.2.1 CAN控制器初始化
• 4.2.2 CAN接收程序设计
• 4.2.3 CAN发送程序设计
• 4.3 参数采集节点软件设计
• 4.4 仪表盘显示节点软件设计
• 4.5 助力电机控制节点软件设计
• 4.6 系统性能测试
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利
• 致谢