基于單片機(jī)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于單片機(jī)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),基于,單片機(jī),電動(dòng),轉(zhuǎn)向,助力,系統(tǒng),設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目:基于單片機(jī)的電動(dòng)助力 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(huì) 開 題 時(shí) 間: 2011年2月28日 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見： 簽字： 年 月 日 開題報(bào)告撰寫要求 一、“開題報(bào)告”參考提綱 1. 課題研究目的和意義； 2. 文獻(xiàn)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(jìn)度安排； 6. 主要參考文獻(xiàn)。 二、“開題報(bào)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(jì)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(jì)（論文）開題報(bào)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(huì) 職稱 副教授 從事 專業(yè) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于單片機(jī)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(dòng)力的形式大致可以分為了純機(jī)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(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡稱EPS）。 傳統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般采用液壓助力， 上個(gè)世紀(jì)80年代開始，人們開始研究電子控制式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。1988年2月日本的鈴木公司開發(fā)出了電動(dòng)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(kuò)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(qiáng)，它取消大量液壓配件，只依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)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(shí)提供助力，而且還能在高速時(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)助力，后來發(fā)展的EPS不僅能在低速和停車時(shí)助力，還能在高速行駛時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性。正是由于這一系列的優(yōu)點(diǎn)，在世界汽車行業(yè)中，EPS的年增長量達(dá)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的裝車率將超過30％，因此，電動(dòng)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(jìn)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(gè)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(gè)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(jià)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(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)研究，并取得的一定進(jìn)展。我國自主設(shè)計(jì)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心技術(shù)都依靠進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向器，即電動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向器，吉利在其多款轎車上也安裝了電動(dòng)轉(zhuǎn)向器。另外奇瑞QQ轎車、揚(yáng)子皮卡車廠和很多微型箱式車廠，都準(zhǔn)備安裝電動(dòng)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(dòng)式EPS有許多優(yōu)點(diǎn)，它比液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更輕便、緊湊、可靠易于維護(hù)保養(yǎng)，同時(shí)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(shí)的不同要求，如低速時(shí)的輕便性和高速時(shí)保持一定的路感以使駕駛員在不同狀況下操縱時(shí)獲得最佳的感受；在無需提供助力時(shí)不驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣就減少了不必要的能源消耗，提高了經(jīng)濟(jì)性；對控制計(jì)算機(jī)編程，可提供不同程度的動(dòng)力轉(zhuǎn)向，能兼顧低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)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(shí)現(xiàn)，并能促進(jìn)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(huì)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(jìn)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然存在著一些需要解決和改進(jìn)的問題：繼續(xù)改善電機(jī)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(jī)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，部分操作獨(dú)立于駕駛員的控制，因此EPS也會(huì)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(jìn)入了電動(dòng)助力時(shí)代 , 隨著傳感器、控制方式助力電動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)的不斷進(jìn)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還處于初級階段，所以有必要加強(qiáng)力量對其進(jìn)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(jìn)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(jì)和社會(huì)效益，它可為相關(guān)企業(yè)提供新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，增強(qiáng)我國技術(shù)產(chǎn)品的市場競爭力。通過對電動(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供技術(shù)儲(chǔ)備。另外就是在繼承前幾屆研究生研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善控制器的硬件與軟件，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，把控制器往產(chǎn)業(yè)化方向推進(jìn)。 意義：隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，它可為汽車零部件企業(yè)的發(fā)展提供新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，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(jī)電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。同時(shí)，電動(dòng)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(shí)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(hù)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(gè)擁有性能可靠的控制系統(tǒng)則能使EPS實(shí)現(xiàn)以上效果，EPS具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是未來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流發(fā)展，是研究的重點(diǎn)項(xiàng)目。 二、設(shè)計(jì)（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(jì)一個(gè)小型電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)，分析電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制單元的功能。在充分考慮電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制的可靠性、實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上，以單片機(jī)為核心的控制單元。 2、設(shè)計(jì)電子控制單元的硬件，采用P控制策略完成對直流電動(dòng)機(jī)的控制、并對各種傳感器信號進(jìn)行采集和處理，通過單片機(jī)產(chǎn)生可變占空比的PWM脈沖波來控制H橋驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，滿足EPS控制要求。 3、采用模塊化設(shè)計(jì)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(jī)最小系統(tǒng)主要包括時(shí)鐘電路、濾波電路、電源電路、復(fù)位電路等電路的設(shè)計(jì)。 2、傳感器信號處理電路的設(shè)計(jì)，如轉(zhuǎn)矩信號通過A/D轉(zhuǎn)換輸入處理器進(jìn)行處理，再通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 3、將軟件和硬件進(jìn)行連接并進(jìn)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(jìn)行軟件模塊的設(shè)計(jì) 搭建系統(tǒng)硬件電路，包括時(shí)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(jī)的控制 電機(jī)等構(gòu)件的安裝 硬件系統(tǒng)的總體測試 試驗(yàn)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(jì)說明書 收集電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制器相關(guān)的文獻(xiàn)及資料 四、進(jìn)度安排 2011.03.01——2011.03.11 第 1~ 2周 查閱文獻(xiàn)、撰寫開題報(bào)告 2011.03.12——2011.03.27 第 3~ 4周 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2011.03.28——2011.04.13 第 4 ~7周 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2011.04.14——2011.05.01 第 7~ 9周 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 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(jì)說明書 五、參考文獻(xiàn) [1] 趙鎮(zhèn)鋒.汽車電動(dòng)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(jī)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(jī)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(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展及其現(xiàn)狀[J],汽車運(yùn)用,2002(8) [7] 龔小平,杜志強(qiáng).電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[D],揚(yáng)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] 王曉明,電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M],北京航空航天大學(xué)出版社,2002.5:125-136 [12] 俞方磊,,動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的研究與開發(fā)[D],江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日