全地形车电动助力转向特性及控制系统的研究

【摘要】电动助力转向系统(EPS)是近年来兴起的一种新型动力转向装置,与液压转向助力装置相比较,由于其具有环保、节能及安装、调试、维修、维护方便等特点,在车辆领域应用越来越广泛。目前在国内电动助力转向系统已经在中、低端等级轿车车型中得到应用,但是电动助力转向系统在全地形车上的应用却很少见到相关文献报道。全地形车在各行各业中应用也越来越广泛,因为全地形车行驶的路面往往比较复杂,沙滩、草地、坑洼等路面都使得转向变得十分困难,因此全地形车电动助力转向系统的研究与开发对于提高驾驶的安全性及舒适性等方而具有一定的理论意义和工程应用价值。为实现全地形车转向系统电动助力功能,需要研究一种适用于全地形乍的电动转向助力控制系统,并需解决相关技术问题。本文重点解决三个问题,即助力特性曲线问题、硬件设计问题、软件设计问题。通过对全地形车电动助力转向系统结构特性分析、动力学分析,进行数学模型建立。其建模分析包括建立线性二自由度整车转向系统模型、助力电机模型和电动助力转向系统模型。并应用Matlab/Simulink软件进行了仿真验证,尤其对全地形车电动转向助力过程中的关键设计步骤进行了更为细致的仿真测试及模型验证,验证结果的分析研究可为后继全地形车电动助力转向的软件及硬件设计提供理论基础和数据参考。为了研究全地形车电动助力转向特性,对常见的直线型、折线型和曲线型三种助力曲线进行分析研究,并通过建立手力输出、车速和电机助力电流三者之间的三维曲线图,比较三者的优劣性能及在电动助力转向控制过程中三者之间的变化关系。经过分析研究,本文建立了复合型的电动转向助力曲线,其特点是既能达到直线型助力的快速响应要求,又能达到曲线型助力平顺性的要求,研究表明,复合型全地形车电动助力转向助力曲线设计更加合理。硬件设计是全地形车电动助力转向控制系统软件设计的平台,硬件设计的目的是为了开发出适合全地形车电动助力转向控制系统的硬件电路。在设计控制芯片选取均能达到-40℃-+125℃温度范围的设计要求,符合汽车级电子产品的温度范围要求。从吸收电流的性能分析中可知,所设计开发的全地形车电动助力转向控制系统的硬件电路从电源吸收的电流数值小,工作效率高,发热量少。硬件设计在为软件设计提供平台的同时,对全形车电动助力转向系统的开发与应用具有重要的实用价值。软件设计过程中对全地形车电动助力转向系统的控制策略、程序流程及故障诊断等进行了研究。控制策略是保证转向助力过程平顺、轻盈,在本文采用的控制策略为模糊自适应PID控制,设计了全地形车模糊自适应PID控制器,模糊控制的目的是使P、I、D参数能够随着输入量的变化进行在线修正,研究结果表明,在全地形车电动助力转向控制方面模糊自适应PID控制较传统PID控制具有更优的性能,使转向控制更加平稳、可靠。在确定控制策略后,依据复合型助力曲线并结合硬件设计,对本文所研究的内容进行软件程序设计,并通过程序流程的方式体现全地形车电动助力转向控制系统软件设计思想,在软件设计中给出了全地形车的故障诊断树及故障诊断表。软件设计对全形车电动助力转向系统的开发与应用同样具有重要的实用价值。本文设计研发的全地形车电动助力转向控制器,在国内相关电动助力转向系统检测机构进行了检测,从本文第六章可知各项指标均已达到行业检测标准。从检测结果(检测曲线或检测数据)分析可知,本文设计研究的全地形车电动助力转向控制系统助力曲线平滑,抖动小,检测数据结果较为理想。从助力曲线中也可知,助力上限电流达到了50A。通过助力电流结果分析及吸收电流结果分析,所研究开发的全地形车电动助力转向控制器发热量小,响应速度及跟随性较好,控制性能较为优越。本文在全地形车电动助力转向控制系统方面进行的理论分析、计算机仿真以及实验台架、实车测试结果吻合良妤,对于全地形车电动助力转向控制系统的基础研究、设计研发及其应用具有重要的理论意义和现实意义。
【作者】范长胜；
【导师】郭艳玲；
【作者基本信息】东北林业大学，机械设计及理论，2013，博士
【关键词】全地形车；电动助力转向；助力特性；控制策略；故障诊断；

【参考文献】
[1]薛航.基于光纤光栅的钻杆冲击动力学特性研究[D].合肥工业大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[2]王漠.志愿服务中的权利义务分析[D].上海大学,思想政治教育,2014,硕士.
[3]何静林.利用生物传感技术监测分析农药污染的研究[J].四川化工,2014,02:50-53.
[4]王晋,李德全,冯登国.一种基于Agent的自适应的分布式入侵检测系统[J].计算机研究与发展,2005,11:1934-1939.
[5]毛锐涛.马铃薯甲基转移酶和去甲基化酶预测及表达研究[D].内蒙古大学,微生物学,2014,硕士.
[6]刘禹辰.中兴矿沿空留巷底鼓机理研究[D].中国矿业大学,采矿工程,2014,硕士.
[7]崔磊.LTE系统小区间干扰抑制技术的研究[D].湖北大学,微电子学与固体电子学,2011,硕士.
[8]高为炳.用谐波平衡法研究具有几个非线性元件的单廻路调节系统[J].自动化学报,1964,03:136-145.
[9]刘烈武.个旧锡矿矿业文化研究[D].昆明理工大学,矿产资源经济,2014,博士.
[10]王豹臣.应用软件质量与新闻单位信息化[J].中国新闻科技.2000(01)
[11]艾华.基于指数平滑模型的禽霍乱发病预测模型的研究[D].东北农业大学,临床兽医学,2013,硕士.
[12]朱自民,刘荣强,刘芬芬,曹有为.基于像素间孤波的图像处理模型分析[J].北京航空航天大学学报.
[13]张建琼.云南不明原因猝死病区人群心理健康状况及影响因素初探[D].大理学院,流行病与卫生统计学,2013,硕士.
[14]李静.爱国忧民，“译”不容辞[D].广西师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[15]张亿忠.RFID智能电能表开发项目技术可行性分析[D].南华大学,项目管理,2012,硕士.
[16]陈惠粉,张毅威,闵勇,乔颖,鲁宗相.集群双馈风电场的分次调压控制[J].电力系统自动化,2013,04:7-13.
[17]靳依蒙.新世纪以来中国古装历史题材电影的后现代表征研究[D].吉林大学,广播电视艺术学,2014,硕士.
[18]李娜.口腔特诊信息系统的设计与开发[D].第四军医大学,生物医学工程,2013,硕士.
[19]李丹丹.休假中可故障及休假中可中断的排队系统[D].燕山大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[20]范文田.《石油地球物理勘探》1998年总被引频次及其在全国各类科技期刊中的位置[J].石油地球物理勘探,2000,02:146.
[21]李俸龙.西南民族地区农户旱灾调适行为研究[D].华中农业大学,农业经济管理,2014,硕士.
[22]郭玉姣.我国房地产养老PE的可行性分析[D].首都经济贸易大学,金融（专业学位）,2014,硕士.
[23]王杰志.阜新市城市绿地系统规划[D].辽宁工程技术大学,建筑与土木工程,2004,硕士.
[24]田小溪.票据保证法律问题研究[D].大连海事大学,法律,2013,硕士.
[25]袁宝国.聚苯胺/石墨烯型复合吸波材料的研究[D].北京化工大学,2014.
[26]隋蕾.离退休再就业法律性质研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[27]沈军.英国英语和美国英语语法差异比较[D].大连海事大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[28]杨凯.腰大池引流治疗蛛网膜下腔出血的系统评价[D].山西医科大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[29]王益.生物竞争模型中的一类交错扩散型方程组的整体解存在性[D].首都师范大学,应用数学,2004,硕士.
[30]车小林.CDMA无线通信中智能天线技术的研究[D].西北工业大学,信号与信息处理,2004,硕士.
[31]朱翠兰.厦漳泉区域旅游目的地空间结构及优化研究[D].华侨大学,人文地理学,2014,硕士.
[32]梁晨.创新集群知识资源配置模式研究[D].吉林大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[33]胡庆雷,李理.控制输入与角速度同时受限的航天器姿态抗退绕控制[J].航空学报.
[34]荀维.北京市交管局卡口一期工程全生命周期研究[D].西南交通大学,工商管理,2013,硕士.
[35]宋梅.球形二氧化钛制备及包覆研究[D].重庆大学,冶金工程,2014,硕士.
[36]任春燕.脱毒蓖麻粕饲喂荷斯坦奶牛效果的研究[D].甘肃农业大学,动物营养与饲料学,2013,硕士.
[37]张安治.济钢计算机管理信息系统[J].冶金自动化,1990,06:12-16.
[38]韩露.基于用户兴趣模型的个性化搜索系统的研究[D].西南大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[39]王学杰.马路坪矿段深部开采涌水量预测及防治研究[D].中南大学,矿业工程,2004,硕士.
[40]孙果.企业研发联盟的利益分配机制研究[D].杭州电子科技大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[41]周丹.雌核发育双单倍体牙鲆（Paralichthys olivaceus）的纯合性鉴定和性腺的组织学观察[D].东北农业大学,水生生物学,2013,硕士.
[42]许金莲.面向融合网络的设备安全管理研究[D].南京邮电大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[43]秦金瑞.我国退役军官安置制度研究[D].浙江财经学院,社会保障,2012,硕士.
[44]段喜亮.周期复合材料结构抛物方程的并行多尺度有限元算法[D].上海大学,计算数学,2014,硕士.
[45]雷晓雪.戊唑醇、己唑醇金属配合物的合成、缓释性能及杀菌活性研究[D].南京农业大学,应用化学,2011,硕士.
[46]齐广学,刘彬.冷拔钢棒分钢仪[J].冶金自动化,1988,04:52-54.
[47]杨玉林.基于云推理的汽车经济性巡航车速规划研究[D].吉林大学,载运工具运用工程,2014,硕士.
[48]卫柏岩.k极大子群较少的有限P群[D].山西师范大学,基础数学,2014,硕士.
[49]付虎.半导体制造中具有重入的双臂组合设备的调度与仿真[D].广东工业大学,工业工程,2013,硕士.
[50]孙树魁.以顾客需求为导向的ME工程项目质量改进[D].北京工业大学,项目管理（专业学位）,2013,硕士.