基于單片機的電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

基于單片機的電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn),基于,單片機,電動,轉(zhuǎn)向,助力,系統(tǒng),設(shè)計,實現(xiàn) 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 設(shè)計（論文）題目:基于單片機的電動助力 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 院 系 名 稱:汽車與交通工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級: 車輛07-6班 學(xué) 生 姓 名: 曹宇迪 導(dǎo) 師 姓 名: 范德會 開 題 時 間: 2011年2月28日 指導(dǎo)委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 開題報告撰寫要求 一、“開題報告”參考提綱 1. 課題研究目的和意義； 2. 文獻綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）； 3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題； 4. 技術(shù)路線或研究方法； 5. 進度安排； 6. 主要參考文獻。 二、“開題報告”撰寫規(guī)范 請參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。 SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 曹宇迪 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 車輛工程07-6 指導(dǎo)教師姓名 范德會 職稱 副教授 從事 專業(yè) 計算機應(yīng)用 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于單片機的電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 (一)、研究現(xiàn)狀 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照提供動力的形式大致可以分為了純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual Steering，簡稱MS）、液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，簡稱HPS）、電控液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering，簡稱EHPS）、電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡稱EPS）。 傳統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般采用液壓助力， 上個世紀(jì)80年代開始，人們開始研究電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向。1988年2月日本的鈴木公司開發(fā)出了電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并裝在Cervo車上，隨后又配備在Alto車上，擺脫了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛。本田汽車公司首次將EPS 裝備于大批量生產(chǎn)的EPS。此后EPS便雨后春筍般發(fā)展起來，并將應(yīng)用范圍擴展到大型轎車和客車方面上。EPS是在EHPS(電控液壓助力轉(zhuǎn)向)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量大大減少、可靠性強，它取消大量液壓配件，只依靠電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)，解決了長期以來存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。新一代的EPS則不僅在低速和停車時提供助力，而且還能在高速時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，EPS技術(shù)日趨完善，并且其成本大幅度降低，為此其應(yīng)用范圍將越來越大。在國外，EPS已經(jīng)進入批量生產(chǎn)階段，并成為汽車零部件高新技術(shù)產(chǎn)品。由于技術(shù)保密，很難獲得控制參數(shù)，要想實現(xiàn)技術(shù)自主創(chuàng)新，還需國人自己鉆研。 EPS經(jīng)過二十多年的發(fā)展，技術(shù)同趨完善，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從最初的微型轎車向更大型轎車和商用轎車方向發(fā)展，如新上市的一汽大眾速騰等中型轎車已經(jīng)安裝EPS。本田甚至還在其Acyra NSX賽車上安裝了EPS。日本早期的EPS只在低速和停車轉(zhuǎn)向時助力，后來發(fā)展的EPS不僅能在低速和停車時助力，還能在高速行駛時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。正是由于這一系列的優(yōu)點，在世界汽車行業(yè)中，EPS的年增長量達130萬至150萬套，據(jù)美國天合(TRW)公司預(yù)測，到2010年，全球范圍內(nèi)電動助力轉(zhuǎn)向器的裝車率將超過30％，因此，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展前景是非常廣闊的。這也正是全球各大公司對其青睞的原因。 就相關(guān)EPS的研究資料所闡述的發(fā)展趨勢來看，控制信號除了依靠車速與扭矩信號，而且還需要轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向速度、橫向加速度等多種信號進行與汽車特性相吻合的綜合控制，以獲得更好的轉(zhuǎn)向路感。如今國內(nèi)外對EPS研究有幾個比較集中的方面，如：EPS助力控制策略、系統(tǒng)匹配技術(shù)及其可靠性的研究。 從國內(nèi)外的研究看今后的研究方向主要集中在EPS助力控制策略和系統(tǒng)匹配技術(shù)等方面。汽車轉(zhuǎn)向除了滿足輕便和靈敏兩個要求外，還要為駕駛者造成一定的路感，隨著車速的提高方向盤助力不宜過大，而且還需要滿足一定的助力特性。 我國在EPS的研究上與國外相比起步較晚，而且由于液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即HPS技術(shù)比較成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，工作安全可靠，價格也比較便宜，所以液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即HPS占國內(nèi)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流地位。然而EPS的發(fā)展前景的廣闊的，如今國內(nèi)有多所高等院校和科研單位正在進行該項技術(shù)的相關(guān)研究，并取得的一定進展。我國自主設(shè)計的EPS和國外的成熟產(chǎn)品相比，還有一定的差距，很多整車廠裝配的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心技術(shù)都依靠進口。但是我們正在奮起直追，逐步縮小自主開發(fā)的EPS與國外同類產(chǎn)品的技術(shù)差距。電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展勢頭良好。2001年，昌河汽車廠開始將電動轉(zhuǎn)向器裝在北斗星高檔微型箱式車，揭開了我國汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)歷史上新的第一章，2002年該車型已有6萬臺配裝電動轉(zhuǎn)向器，即電動轉(zhuǎn)向車己占該車型的60％了。哈飛汽車廠也開始在新車型上裝電動轉(zhuǎn)向器，吉利在其多款轎車上也安裝了電動轉(zhuǎn)向器。另外奇瑞QQ轎車、揚子皮卡車廠和很多微型箱式車廠，都準(zhǔn)備安裝電動轉(zhuǎn)向。這充分說明裝配EPS產(chǎn)品的市場和市場潛力是很大的。 電動式EPS有許多優(yōu)點，它比液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更輕便、緊湊、可靠易于維護保養(yǎng)，同時也取消了油泵、控制閥、油罐、皮帶、皮帶輪、液壓軟管及密封件等液壓裝置，如此諸如漏油的這種對清潔性造成影響的問題便消失了；能滿足汽車不同車速時的不同要求，如低速時的輕便性和高速時保持一定的路感以使駕駛員在不同狀況下操縱時獲得最佳的感受；在無需提供助力時不驅(qū)動電機，這樣就減少了不必要的能源消耗，提高了經(jīng)濟性；對控制計算機編程，可提供不同程度的動力轉(zhuǎn)向，能兼顧低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性好；它能與汽車上其他電氣設(shè)備相連接，有助于四輪轉(zhuǎn)向的實現(xiàn)，并能促進懸架系統(tǒng)的發(fā)展。 無助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正作用具有很大的缺陷, 往往會降低汽車行駛穩(wěn)定性，而EPS恰恰改善了回正特性。通過軟件編程可對對不同車況進行調(diào)整，這是傳統(tǒng)助力系統(tǒng)無法做到的。 盡管EPS比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)擁有種種優(yōu)勢，但是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然存在著一些需要解決和改進的問題：繼續(xù)改善電機的性能是EPS的發(fā)展關(guān)鍵；合理助力特性的確定；合適的控制策略；故障診斷的可靠性，EPS通過采用電機和計算機控制系統(tǒng)，部分操作獨立于駕駛員的控制，因此EPS也會比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)有更多的故障模式。 汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)已經(jīng)進入了電動助力時代 , 隨著傳感器、控制方式助力電動機等關(guān)鍵技術(shù)的不斷進步，EPS系統(tǒng)將愈加完善。在未來EPS將替代現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，近幾年EPS產(chǎn)量正以每年上百萬套的速度增加，最終將完全占領(lǐng)轎車市場，并向大型車發(fā)展。 （二）、選題的目的和意義 目的：國內(nèi)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還處于初級階段，所以有必要加強力量對其進行研究和開發(fā)。使我國的汽車在環(huán)保節(jié)能舒適等等方面趕上國際先進水平。目前開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的ECU有明顯的經(jīng)濟和社會效益，它可為相關(guān)企業(yè)提供新的經(jīng)濟增長點，增強我國技術(shù)產(chǎn)品的市場競爭力。通過對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，為開發(fā)出適于轎車和微型汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供技術(shù)儲備。另外就是在繼承前幾屆研究生研究成果的基礎(chǔ)上，進一步完善控制器的硬件與軟件，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及可靠性，把控制器往產(chǎn)業(yè)化方向推進。 意義：隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們對交通工具的環(huán)保，節(jié)能低耗，對生活的舒適性的要求也越來越高。如今國外汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正在漸漸取代傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向器的地位。EPS是未來的發(fā)展方向，我國也要緊跟世界的腳步，不能落在后面。 在國內(nèi)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還處于初級階段，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)廠家還很少，市場上的產(chǎn)品主要被國外的公司所壟斷。國外的許多廠家除了申請必要的國際專利外，還中國境內(nèi)申請了一些EPS專利。因此目前開發(fā)和研制用于轎車和輕型汽車的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟和社會效益，它可為汽車零部件企業(yè)的發(fā)展提供新的經(jīng)濟增長點，也為我國汽車行業(yè)在加入WTO后參與國際汽車市場競爭提供一種有競爭力的機電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。同時，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對于汽車的環(huán)保、節(jié)能、安全等方面也具有積極的現(xiàn)實意義。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的主要子系統(tǒng)之一，其性能直接關(guān)系到汽車的操縱穩(wěn)定性和舒適性，對于確保行車安全、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。而一個擁有性能可靠的控制系統(tǒng)則能使EPS實現(xiàn)以上效果，EPS具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，是未來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流發(fā)展，是研究的重點項目。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 （一）、研究的基本內(nèi)容 1、設(shè)計一個小型電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)，分析電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制單元的功能。在充分考慮電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制的可靠性、實時性的基礎(chǔ)上，以單片機為核心的控制單元。 2、設(shè)計電子控制單元的硬件，采用P控制策略完成對直流電動機的控制、并對各種傳感器信號進行采集和處理，通過單片機產(chǎn)生可變占空比的PWM脈沖波來控制H橋驅(qū)動直流電動機正反轉(zhuǎn)，滿足EPS控制要求。 3、采用模塊化設(shè)計的方法編寫相應(yīng)控制軟件?？刂栖浖兄饕到y(tǒng)主程序、信號采集子程序，策略控制子程序，程序。 （二）、擬解決的主要問題 1、系統(tǒng)硬件電路的搭建，硬件電路需要單片機最小系統(tǒng)主要包括時鐘電路、濾波電路、電源電路、復(fù)位電路等電路的設(shè)計。 2、傳感器信號處理電路的設(shè)計，如轉(zhuǎn)矩信號通過A/D轉(zhuǎn)換輸入處理器進行處理，再通過電機驅(qū)動電路控制電機轉(zhuǎn)動方向。 3、將軟件和硬件進行連接并進行測試，檢查出現(xiàn)故障部分并思考出現(xiàn)故障的原因，再就相關(guān)知識努力將故障排除。 三、技術(shù)路線（研究方法） 進行軟件模塊的設(shè)計 搭建系統(tǒng)硬件電路，包括時鐘，復(fù)位，濾波等電路 確定系統(tǒng)采用P控制策略對直流電機的控制 電機等構(gòu)件的安裝 硬件系統(tǒng)的總體測試 試驗系統(tǒng)的組裝 典型工況仿真并分析結(jié)果 整理資料并撰寫設(shè)計說明書 收集電動助力轉(zhuǎn)向控制器相關(guān)的文獻及資料 四、進度安排 2011.03.01——2011.03.11 第 1~ 2周 查閱文獻、撰寫開題報告 2011.03.12——2011.03.27 第 3~ 4周 系統(tǒng)總體設(shè)計 2011.03.28——2011.04.13 第 4 ~7周 系統(tǒng)硬件設(shè)計 2011.04.14——2011.05.01 第 7~ 9周 系統(tǒng)軟件設(shè)計 2011.05.02——2011.05.10 第 9~11周 系統(tǒng)的組裝和測試 2011.05.11——2011.05.31 第 11~14周 撰寫系統(tǒng)設(shè)計說明書 五、參考文獻 [1] 趙鎮(zhèn)鋒.汽車電動助力轉(zhuǎn)向器電控單元(ECU)的研究[D],武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007:1-4 [2] 趙良紅,張渭瀧.汽車底盤電控技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社,2002.7:209-214 [3] 解福泉,周建平.汽車典型電控系統(tǒng)構(gòu)造與維修[M],人民交通出版社,2005.9:199-202 [4] 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)第3版[M],北京航空航天大學(xué)出版社,2006.12 [5] 朱華,汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及趨勢[J],汽車與配件,2010 [6] 王豪,許鎮(zhèn)琳等.電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展及其現(xiàn)狀[J],汽車運用,2002(8) [7] 龔小平,杜志強.電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展的新動向[J],汽車研究與開發(fā),2005(7) [8] 陳志恒,胡寧.汽車電控技術(shù)[M],高等教育出版社,2003.9:211-214 [9] 錢學(xué)武,汽車電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[D],揚州大學(xué)碩士論文,2010:3-5 [10] 秦曾煌,電工學(xué)電子技術(shù)第六版[M],高等教育出版社,2004.7 [11] 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