随着汽车电子技术的发展,汽车转向系统由传统的机械转向系统发展到了液压助力转向系统、电动助力转向系统,后两种转向系统解除了传统机械转向系统中“轻”和“灵”的矛盾,目前已经均已得到了广泛应用。然而三种转向系统中方向盘和转向系统仍然存在机械连接,导致车辆的转向响应特性会随着车速的变化而变化,这使得在不同车速时,驾驶员要根据经验对方向盘转角进行一定的补偿才能使车辆按照预定轨迹行驶。这在很大程度上加重了驾驶员的操作负担,降低了车辆的操纵稳定性。因此,如何设计转向系统,提高操纵稳定性,让越来越多的非专业驾驶员轻松安全地驾车,显得非常重要。本文以某轻型汽车为研究对象,设计了电控转向系统(也称线控转向系统)的变传动比算法和转向控制算法,并建立了转向执行电机的Matlab/Simulink模型,设计了线控转向执行系统的控制器硬件,在TESIS veDYNA环境下进行离线仿真和硬件在环试验,对所提出的线控转向控制算法进行了验证和分析。本文主要内容包括:(1)转向执行电机的建模和控制对转向执行电机的物理结构进行了分析和合理的简化,在此基础上推导出了转向执行电机的传递函数模型,并在Matlab/Simulink环境下建立了其仿真模型;为了建立更精确的电机仿真模型,进行了转向执行电机试验,得到了建模所必须的参数;最后提出了转向执行电机的双闭环控制算法,并进行了仿真试验,仿真结果表明所提出的控制算法能够较好地跟随电机的目标位置和目标转速,为线控转向执行系统的控制和开发奠定了基础。(2)线控转向变传动比算法和转向控制算法分析了车辆转向系统传动比和操纵稳定性的关系,在此基础上提出了变传动的计算方法;为得到计算变传动比的参数,在veDYNA环境中进行了中性转向特性下Ks的标定;为保证变传动比下车辆横摆角速度的稳定,设计了基于横摆角速度反馈的线控转向控制算法,并进行了方向盘角阶跃输入和稳态回转两个典型工况的离线仿真试验,验证了所提出的线控转向控制算法。离线仿真结果表明,本文所提出的变传动比算法能够保证车辆转向曲率和方向盘转角之间的固定比例关系,转向控制算法能够保证车辆横摆角速度的稳定,车辆的操纵稳定性较好。(3)线控转向执行系统的控制器硬件设计根据线控转向执行系统的工作要求提出了线控转向执行系统的控制器硬件设计方案,并据此进行了微处理芯片的选型,设计了转向执行电机的驱动电路,完成了整个控制器硬件的设计,最后设计控制器的软件控制系统,为下一步的硬件在环试验奠定了基础。(4)硬件在环试验研究在dSPACE实时平台的基础上搭建了线控转向系统硬件在环试验台,并选取阶跃转向和稳态回转试验进行了硬件在环试验。试验结果表明,本文所提出的变传动算法和转向控制算法具有较好地控制效果,能够有效地保证车辆的操纵稳定性。