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汽车转向是汽车行驶过程中的重要环节,转向过程体现了驾驶者对汽车的控制意识,对汽车行驶的稳定性和安全性都有直接影响。电动助力转向系统(Electric Power Steering,EPS)迎合了人们对汽车节能、舒适和环保的要求,其具有结构简单紧凑、工作可靠、节能环保和助力性能好等优点,且能提高汽车行驶过程中的转向跟随性、回正性和操纵稳定性。
首先,本文详细介绍了电动助力转向系统的结构原理,忽略非线性因素对系统的影响,建立了EPS系统的动力学模型和状态空间,建立了二自由度车辆模型和线性轮胎模型,为了研究的方便等效简化了EPS系统的模型。
其次,分析和研究了EPS系统的助力特性,介绍了助力特性曲线的分类及设计原则,研究了EPS助力特性设计中相关参数的确定方法,分析了方向盘转矩、车速和电机电流之间的关系。对EPS系统的控制模式、控制方法和控制算法进行了分析,研究了粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的原理。用粒子群算法对BP神经网络进行改进,进行助力特性曲线的MATLAB仿真。基于PID控制的基础上,采用了粒子群优化PID的控制策略对EPS系统电机电流进行控制,并详细研究了粒子群PID控制算法的实现过程。仿真结果表明,采用粒子群PID算法对EPS系统进行控制,系统响应速度快,鲁棒性强,控制的效果好。
接着,采用P87LPC768单片机作为控制芯片,对EPS系统的控制器进行了开发和设计。在硬件方面,设计了电机驱动和方向控制电路及其过流保护电路、扭矩和车速等信号采集处理电路、继电器和电磁离合器控制及检测电路、电源电路和故障报警电路等,介绍了各种电路的工作原理和实现功能,最后对软件设计的流程进行了分析。
最后,进行了电动助力转向系统的台架试验。研究和分析了原地转向和低速工况试验,方向盘力矩和电机电流的关系试验,以及电流助力特性的试验。通过台架试验,初步验证了EPS所用控制策略及所设计的控制器合理可行。