汽车主动转向关键技术研究

论文摘要

随着科技的发展和社会的进步，人们的生活水平越来越高，对汽车的安全性、整车操纵稳定性等各方面的性能要求也越来越高。转向系统是控制车辆行驶路线及方向的重要装置，其性能直接影响到汽车的行驶安全性和操纵稳定性。主动转向技术是近年来发展起来的一种新的汽车转向技术，它是在转向盘和齿轮齿条转向器之间的转向柱上集成了一套用于向转向轮提供附加转角的双行星齿轮机构，从而实现转向系统的变传动比功能。主动转向技术的关键是控制系统的研究，它的原理是传感器采集车辆自身行驶信息和车外环境信息，然后将这些信息输送给控制器，控制器对这些信息进行分析计算后发送指令给相应的执行机构来改变转向传动比或对驾驶员的转向误操作进行修正，从而提高车辆行驶的稳定性，保证车辆行驶的安全性。主动转向系统采用的机械连接能够使驾驶员直接感受到真实的路面反馈信息。因此，汽车主动转向系统既能有效地提高车辆的操纵稳定性，又不会影响驾驶员的路感，代表着转向技术的发展趋势。本课题针对我国车辆控制技术的发展和道路交通安全的需要，综合电子技术、控制技术等多学科理论，根据当前汽车主动转向系统的发展现状，从必要性、可行性、实用性等角度出发，对车辆主动转向中修正误操作的控制技术进行研究。首先建立了系统的数学模型，包括汽车行驶道路模型、车辆转向行驶系统动力学模型和双行星齿轮机构的传动模型；进而对系统数学模型进行分析研究，确定系统的整体构架和实现方案；最后设计控制器，利用单片机编程实现系统的控制性能。本文的结尾部分对所设计的控制器的控制性能进行了试验验证。控制器与电脑通过串口连接，利用串口通信将所需数据发送到控制器内，对控制器的运行过程和控制结果进行监测分析。试验结果表明：本文设计的汽车主动转向控制器能够稳定运行且能够准确的按照所建的模型对车辆转向进行修正控制，具有较好的可靠性和准确性，能够有效地提高车辆的稳定性。车辆主动转向技术的研究是国内外汽车智能化的发展趋势，可以保证汽车转向时的稳定性灵活性，能够避免转向误操作引起的交通事故，对汽车转向的安全性有很大的作用，具有很大的发展前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 道路交通安全概述
• 1.1.1 世界交通安全状况
• 1.1.2 国内道路交通安全状况
• 1.2 本课题的意义及主要研究内容
• 第二章 相关技术介绍
• 2.1 汽车转向系统的发展
• 2.2 汽车主动转向技术
• 2.2.1 主动转向技术的提出
• 2.2.2 主动转向系统的组成
• 2.2.3 汽车主动转向系统的发展
• 2.3 传感器技术
• 2.3.1 传感器的定义及其组成
• 2.3.2 传感器的作用
• 2.3.3 传感器的集成化、智能化和微型化进展
• 2.3.4 传感器在车辆工程的应用
• 2.3.5 本课题用到的传感器
• 2.4 A/D 转换器
• 2.5 嵌入式技术
• 2.5.1 嵌入式技术概述
• 2.5.2 嵌入式处理器
• 2.5.3 单片机系统的开发流程
• 2.6 本章小结
• 第三章 系统数学模型
• 3.1 建模概述
• 3.2 车辆转向动力学模型的建立
• 3.3 双行星齿轮机构传动模型
• 3.3.1 方向盘转角运动学模型
• 3.3.2 叠加转角的运动学模型
• 3.4 车辆转向行驶道路模型的建立
• 3.4.1 直道最小转向工况
• 3.4.2 直道转向过度工况
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统控制策略的研究
• 4.1 转向控制技术
• 4.2 系统设计方案
• 4.2.1 系统设计目标
• 4.2.2 系统方案选择
• 4.2.3 系统实现过程
• 4.3 系统模型的研究
• 4.3.1 道路模型中各参数与转向半径的关系
• 4.3.2 系统转向模型的仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 控制器的设计
• 5.1 系统电磁干扰分析与可靠性设计
• 5.1.1 系统电磁干扰分析
• 5.1.2 系统可靠性设计
• 5.2 系统硬件电路设计
• 5.2.1 系统硬件开发平台
• 5.2.2 系统电路设计
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 软件设计的总体思想
• 5.3.2 系统软件开发环境
• 5.3.3 AD 数模转换模块
• 5.3.4 系统主程序框图
• 5.4 本章小结
• 第六章 试验验证与结果分析
• 6.1 试验目的与试验方案设计
• 6.1.1 试验目的
• 6.1.2 试验方案设计
• 6.2 串行通信的开发
• 6.3 主控制器
• 6.4 实验结果及分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢