基于FlexRay总线的线控转向系统研究

论文摘要

汽车转向系统是影响汽车主动安全性和汽车操纵稳定性的关键总成,作为下一代的全新转向系统,线控转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械结构,完全由电子控制单元的控制信号来控制车辆转向的全动力转向系统,可以根据不同情况自由设计转向系统的角传递特性和力传递特性。根据线控转向系统的要求并结合FlexRay总线高速率、确定性、容错性和灵活性的特点,在线控转向系统中采用FlexRay总线进行通信,可以满足转向系统实时性和可靠性的要求。本文设计完成了基于FlexRay总线通讯的线控转向系统。首先介绍了汽车转向系统发展历程,总结出线控转向系统的结构和原理特点;接着对基于时间触发方式的FlexRay总线协议进行了深入研究,确定了在线控转向系统中FlexRay的网络拓扑结构;然后提出了线控转向实验台的设计方案,通过对模块的功能和要求进行具体分析,确定线控转向实验台中各部件的选型和匹配,安装和搭建完成了整个线控转向实验台,为以后的线控转向系统开发,提供了硬件基础;之后对线控转向系统的功能结构进行分析,在线控转向系统中构建转向操纵模块节点和转向执行模块节点,两模块间采用FlexRay双通道总线进行通信,基于MC9S12XF512单片机和TJA1080总线驱动器完成节点硬件和软件设计;线控转向系统的转向操纵模块和转向执行模块通过传动比建立联系,先建立了线控转向系统的动力学模型,对转向系统的回正力矩进行了详细分析,基于车辆系统横摆角速度增益和侧向加速度增益为定值的方法,确定了线控转向系统的理想传动比,对不同车速下的转向系统的横摆角速度和侧向加速度进行了对比分析,最后基于理想传动比,对转向执行电机的控制方法进行了研究。线控转向系统的FlexRay网络采用双通道通信,两个通道传输同样的数据实现了冗余备份,满足系统的容错功能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与目的
• 1.2 汽车转向技术的发展
• 1.2.1 机械式转向系统
• 1.2.2 传统液压助力转向系统
• 1.2.3 电液助力转向系统
• 1.2.4 电动助力转向系统
• 1.2.5 线控转向系统
• 1.3 线控转向系统的结构原理与性能分析
• 1.3.1 线控转向系统结构原理
• 1.3.2 线控转向系统的性能分析
• 1.4 FlexRay 总线技术介绍
• 1.4.1 FlexRay 总线技术
• 1.4.2 FlexRay 总线在汽车中的发展应用
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 FlexRay 总线协议分析
• 2.1 FlexRay 总线协议介绍
• 2.2 FlexRay 节点结构
• 2.3 FlexRay 通信协议功能分析
• 2.3.1 FlexRay 节点协议状态
• 2.3.2 编码和解码
• 2.3.3 FlexRay 帧格式
• 2.3.4 媒体访问控制
• 2.3.5 时钟同步
• 2.3.6 唤醒和启动
• 2.4 FlexRay 总线状态
• 2.5 FlexRay 网络拓扑结构
• 2.6 本章小结
• 第3章 线控转向实验台设计
• 3.1 国内外线控转向实验台的研究状况
• 3.2 线控转向系统结构和原理
• 3.3 线控转向实验台方案设计
• 3.3.1 ECU 选型和匹配
• 3.3.2 电机的选型和匹配
• 3.3.3 传感器的选型与匹配
• 3.3.4 电机驱动电路选型与匹配
• 3.4 线控实验台的功能
• 3.5 本章小结
• 第4章 线控转向系统FlexRay 节点设计
• 4.1 线控转向系统 FlexRay 节点通信过程
• 4.2 线控转向系统 FlexRay 节点硬件设计
• 4.2.1 FlexRay 典型节点结构
• 4.2.2 节点硬件电路设计
• 4.3 FlexRay 节点软件设计
• 4.3.1 线控转向系统通信节点方案配置
• 4.3.2 FlexRay 时钟模块配置
• 4.3.3 A/D 采样程序设计
• 4.3.4 PWM 程序设计
• 4.3.5 FlexRay 通讯程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 线控转向系统角传动比研究
• 5.1 线控转向系统模型
• 5.1.1 转向盘模块模型
• 5.1.2 转向执行模块模型
• 5.2 整车二自由度动力学模型
• 5.3 线控转向系统的理想角传动比
• 5.3.1 理想角传动比概念
• 5.3.2 理想角传动比分析
• 5.4 转向执行电机控制过程研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录