1、江蘇大學碩士學位論文基于ARM的汽車電動助力轉向與懸架集成控制系統的研究姓名：戴亦宗申請學位級別：碩士專業：電力電子與電力傳動指導教師：趙德安20070601江蘇大學碩士研充生畢業論文摘要近年來，為提高車輛乘坐舒適性、安全性和操縱穩定性，各種電子控制技術和控制子系統得到了巨大的發展和廣泛的應用。但是，這些控制子系統都是針對提高車輛某一性能指標，而嫠車性能的提高則依賴與各個子系統的協調工作。轉向與懸架系統是汽車底盤系統中影響車身姿態和行駛安全性的兩大關鍵。基與此，本文對電動助力轉向（）與懸架系統集成控制系統進行了初步研究，主要在與懸架集成系統工作原理的基礎上，設計開發了與懸架控制系統的硬件電路和

2、相應的軟件程序，并進行了臺架試驗。一、研究開發了以跏單片機為微處理器的電子控制單元的硬件，控制單元具有實時數據信號采集、轉換和系統控制功能。根據采集的數據信號，確定電動機輸出的目標電流，利用脈寬調制技術，通過驅動電路控制電動機的輸出電流和轉動方向，實現對系統的控制。二、提出了基于算法的模糊集成控制策略。根據，實際系統的變化情況，通過自適應模塊調整帶修正因子的模糊控制系統，便于跟蹤實時控制過程。仿真結果表明：所設計的集成控制系統，與懸架控制系統相比，操縱穩定性、轉向輕便性、行駛平順性和安全性均得到較大改善。三，設計控制電路的軟件程序。軟件程序包括數據信號采集、轉換與控制簧略的實現兩部分，采用了模

3、塊化的設計思想分別設計了系統主程序、轉換程序、車速信號采集程序、加速度信號采集程序、電流采集程序、扭矩采集程序和控制程序，并部分實現了集成系統的控制算法。在自主丌發的臺架上對硬件電路和軟件系統進行了試驗結果表明，設計的控制系統能夠滿足控制要求，能有效的改善汽車行駛性能，為與懸架集成控制系統的進一步研究奠定了基礎關鍵詞：懸架集成控制單片機控制策略臺架試驗江蘇大學碩士研究生畢業論文，“，；），出菇，懈，：，學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權江蘇大學可以將本學位論文的

4、全部內容或部分內容編入有關數據庫進行榆索，可以采用影印、縮印或掃描等復制于段保存和匯編本學位論文。保密口，在本學位論文屬于年解密后適用本授權書。不保密口。學位論文作者簽名：導師簽名：缸弦接月日簽字日期：年簽字日期：年月日學位論文作者畢業后去向工作單位：通訊地址：電話郵編江蘇走擘碩士研究生畢業論文第一章緒論汽車懸架系統的概述汽車性能與懸架的關系懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之問的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力），縱向反力（牽引力和制動力）和側向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架（或承載式車身）上，以保證汽車的常行駛。汽車在行駛時，路面不

5、平度會激起汽車的振動。當這種振動達到一定程度時，會使乘客感覺不舒適或使運載貨物損壞。為了緩減汽車振動，一方面要改善路面質量，減少振動的來源；另方面要求汽車對路面不平度有良好的隔振特性。汽車的減振一般有三個環節，即輪胎、懸架和座椅，其中汽車懸架系統起著重要作用。目靜汽車上大多采用傳統的被動式懸架（）主要由彈性元件和阻尼元件構成這種懸架系統的剛度和阻尼參數，是按經驗設計或優化方法選擇的，然而由于汽車行駛平順性和操縱穩定性對懸架系統是相互矛盾的所以要同時滿足兩項性能的要求就必須進行一定的折衷，且一經選定后，在汽車行駛過程中，其懸架特性參數無法隨汽車的運行工況和激勵的變化而進行調節因此，其減振性能的迸

6、一步提高受到限制。主動懸架系統解決了被動懸架的固有矛盾，代表了現代懸架系統的發展方向主動懸架的概述主動懸架系統按有源或無源分為全主動懸架系統和半主動懸架系統兩大類。全主動懸架系統是在被動懸架中附加一個可控制作用力裝置。它通常由執行機構、測量系統，反饋控制系統和能源系統四部分組成【“。執行機構的作用是執行控制系統的指令，一般為力發生器或轉矩發生器。測量系統包括傳感器，用于測量系統的各種狀卷為控制系統所用。控制系統的作用是根據控制律處理數據并發出控制指令當控制系統接收到汽車車身與車輪的狀態信息時，不僅能控制液壓缸的動作，而且還可以根據需要改變懸架的剛度和阻尼，并對各車輪進行單獨控制能源系統為以上各

7、部分提供能量主動懸架按其工作方式的不同，可分為全主動（）、半主動江蘇大擘碩士研究生畢業論文（）和慢主動（）三大類。其中半主動懸架又可分為阻尼有級可調（）和阻尼連續可調（）兩種類型川。汽車懸架分類及其結構簡圖如圖，所示暈軍蕈軍毛車。韋屯車毛專（）被動懸架（”慢主動懸絮”一簧載質黛（）半主動懸架一固定阻尼器（）全主動懸架吃一可調阻尼器啊質：一主動懸架作動器圖一懸架彈簧剛度屯一輪胎的剛度汽車懸架分類及結構簡圖汽車轉向系統的概述電動助力轉向系統的發展歷程隨著現代汽車技術的迅猛發展，人們對汽車轉向操縱性能的要求也日盞提高。為了保證車輛在任何工況下轉動方向盤時，都有較理想的操縱穩定性和轉向輕便性，即使在停

8、車情況下轉動方向盤也能輕便靈敏。由高速行駛時又不會感到輕飄不穩人們對轉向系統進行了不斷的改進。汽車操縱穩定性是指汽車確切地響應操縱輸入與抵抗外界擾動的能力，其中操縱性指汽車系統作為隨動系統，對駕駛員轉向輸入產生跟隨響應的能力；穩定性指抵抗外界路面或陣風擾動的能力，兩方面難以截然分開，統稱操縱穩定性。汽車轉向系統大致經歷了以下幾個發展階段。首先是機械式的轉向系統，由于采用純棒的機械解決方案，不得不使用大直徑的轉向盤來產生足夠大的轉向扭矩，占用駕駛室的空間很大，整個機構顯得比較笨拙。通用汽車公司在年首次使用了液壓動力轉向系統。液壓動力轉向系統給汽車的駕駛控制性能帶來了巨大的變化，這技術的進一步發展

9、，使得動力轉向系統在體積、功率消耗和價格等方面都取得了很大江蘇走擘碩士研究生畢業論文的進步。后來又出現了變減速比的液壓動力轉向系統變流量泵助力轉向系統和電動液壓助力轉向系統（，簡稱系統）但是這些液壓動力轉向系統在系統布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面存在著一定的缺陷。經過多年的探索，電動助力轉向（，）作為一種全新的動力轉向模式走入了業界的視野，并且很快成為動力轉向系統研究與開發的熱點。它屬于與傳統液壓動力轉向系統不同的另一種動力轉向系統。它直接依靠電動機提供輔助扭矩，通過控制電動機電流的幅值和方向，從而安現轉向器電動助力的要求，這種系統使汽車在低速時能減輕操縱力，從而提

10、高操縱的輕便性：而當汽車在高速行駛時，電子控制系統保證提供最優控制傳動比和穩定的轉向手感，從而提高高速行駛時的操縱穩定性，而且它可以較好地解決液壓動力轉向系統所不能解決的矛盾。目前，電動助力轉向系統有代替液壓動力轉向系統的趨勢川世界各大汽車公司對電動助力轉向系統的研究己經有多年的歷史，但是在開始的數年間一直沒有取得大的進展，主要原因是電子器件和傳感器等技術的發展不是很理想，作為大批量應用，其成本居高不下但是近幾年來，隨著電子技術和傳感器技術的發展，硬件成本太幅度下降，從而使得大規模的工業應用成為可能，加之電動助力轉向系統的諸多優點，電動助力轉向系統及其相配套的部件的研究與開發愈來愈備受各主要車

11、生產企業的青睞。￥控制技術發展現狀及應用年月日本鈴木公司首次在其車上裝備，隨后還用在了其車上從出現到現在，經過了二十多年的發展，其技術日趨完善。應用范圍已經從最初的微型轎車向更高級的轎車和商用客車方向發展，如本田的和菲亞特的等中型轎車已經安裝，本田甚至還在其賽車上裝備了。的助力型式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發展，并且其控制形式與功能也進一步加強。目前取得實際應用的電控動力轉向系統無一例外地把傳統的機械轉向系統作為后備，一旦助力轉向系統出現故障，駕駛員可以使用手動轉向把車開到修理站州。國內科研院校（如清華大學、江蘇大學，吉林大學、合肥工業大學等高校）對電動助力轉向及其控制系統進行了丈量研

12、究，取得了一定的研究成果。但是，其動江蘇大學碩士研究生畢業論文力學特性、控制策略與整車性能之間關系等方面尚需要深入研究，特別是以上文獻中部未考慮汽車轉向時懸架運動狀態對轉向系統的影響。事實上，懸架運動狀態對其有重要影響。同本學者證明了汽車轉向和懸架之間存在著很大的相互影響。從而導致所設計的控制器性能不夠完善由于本文的研究對象是轉向與懸架系統的集成控制，下面簡介一下汽車的集成控制研究。汽車集成控制及發展現狀汽車集成控制基本思想控制技術在汽車上的應用最早始于年代，并主要為了滿足法規對排放和燃油消耗的限制。今天的汽車設計己經不僅僅是機械設計。而是機械設計和控制設計的邏輯綜合。為此我們為未來的汽車設立

13、一個全新的框架，而其中的技術焦點是汽車的集成控制。近年來，為提高車輛乘坐舒適性，安全性和操縱穩定性的各種電子控制技術得到了巨大的發展和廣泛的應用例如防抱死制動系統（）、牽引力控制（）、四輪轉向系統（）以及主動懸架系統等它們的研究和應用對車輛性能的提高有重大的意義。但是以上各個控制子系統都是針對提高車輛某一項性能指標，而整車性能的提高則依賴于備個子系統的協調工作。因此車輛系統集成控制成為覡代車輛動力學控制研究的熱點“系統工程中的一個重要原則是各個子系統的性能簡單相加，并不能達到優化整體性能的目的，這對汽車控制也是如此。由于汽車是一個有機的系統，各個元素之間對立統一從縱向來看，把任何一個子系統變為

14、可控的那么這種控制會對汽車的各個使用性能產生影響。從橫向來看，多個可控子系統并存，他們之問必然存在著相互協調的問題。當各個子系統按各自不伺的性能指標進行優化控制時，這些可控子系統的簡單疊加并不能獲得良好的綜合性能，這就引出了集成控制的概念。從系統工程的觀點來看，任何事物都是相互聯系的，因此考慮問題，必須研究各子系統日相互制約和相互影響，也就是說要從整體性、相關性上解決汽車的控制閩題。為了避免單獨控制的相互干擾，以改善整個車輛的動力學性能。絕對有必要對單個控制系統進行協調，因此可以說集成控制就是僑調控制“汽車集成控制系統的發展現狀近年來已有不少學者在底盤集成控制技術這方面進行了大量的研究工作。英

15、國的江蘇太擎項士研究生畢業論丈的教授提出了基于相互作用的多目標優化和集成控制【“，用于底盤系統的主動控制；本的等人提出用于改善汽車側向動力學性能的集成控制模型，在主動懸架模型、汽車角輸入操縱模型和模型的基礎上，建立了全車階集成模型，并設計了日控制器“：文獻“”中設計的轉向與懸架集成控制器使汽車在轉向行駛中動力學特性和操縱穩定性優于分別進行控制的簡單相加。國內有關汽車底盤部分子系統集成控制的研究才剛起步，尚處于理論研究和仿真分析階段，相關的研究報道還不太多。文獻“”提出了采用轉向和制動系的聯合協調主動控制，很好地改善了汽車的動力學特性；文獻“設計了一種汽車控制系統的集成開發系統，將模擬計算、實時

16、硬件仿真和實車試驗結合在一起，提高了控制系統的實用性和有效性。由于轉向與懸架系統是影響汽車車身姿態的兩大關鍵系統，兩者在各自的研究領域也有了相對成熟的理論。文獻？指出了具有良好控制策略的可獲得理想的靜態主動助力特性，有效地減少由路面不平度所引起的對轉向系的擾動，此外，它可大大改善轉向響應，使汽車在經歷彎道后引起的橫向擺動快速收斂；但當汽車在高速轉彎行駛時，產生的高頻側向加速度易引起汽車的快速瞬態側傾，此時則難以消除之當有外界輸入和汽車本身狀態的變化時。懸架可根據一定的控制規律來改變懸架的剮度和阻尼，以減少車身加速度和其姿奈的變化（如側傾、橫擺、俯仰等），并保證在彎曲路段和高速行駛時的操縱穩定性

17、。應用懸架來控制汽車轉彎時的姿態變化，對改善汽車在較大側向加速度范圍內的操縱性能有較好的效果。同時，隨著電子技術的發展，與自適應懸架系統的集成控制技術成為當今研究的熟點。課題研究目的與主要內容研究目的汽車電子化是當前汽車技術發展的必然趨勢繼電器技術在發動機、變速器、制動器和懸架等系統得到廣泛應用之后，國外轎車和輕型汽車電動助力轉向系統正逐步取代傳統液壓助力轉向系統。目前，電動助力轉向已成為世界汽車技術發展的研究熱點和前沿技術之一。主動懸架是一種可同時改善操縱穩定性和乘坐舒適性的電控系統。應用主動懸架來控制汽車轉彎時的姿態變化，控制車輪動載荷，增加輪胎側偏剛，江蘇大學碩士研究生畢業論文度，可在橫

18、擺和側傾方面獲得良好的頻率響應。若在設汁過程中將和主動懸架相結合，在不同的工況下，通過對轉向力和車身姿態協調控制，可以更好的改善汽車的操縱性和穩定性。但是這兩個控制系統肓不同的評價指標和控制策略，不能將它們簡單的疊加。由于￥和主動懸架這兩個子系統之間有復雜的相互關系，同時為改善汽車的動力學特性，必須深入研究它們之的相互制約、相互影響和相互協調問題，建立將這者柜結合的整車模型，并進行集成控制。本文對電動助力轉向（）與懸架系統集成控制系統進行了初步研究，主要在與懸粲集成系統工作原理的基礎上設計丌發了與懸架控制系統的硬件電路和相應的軟件程序，并進行了臺架試驗主要研究內容本文結合國家自然科學基臺項目汽

19、車主動懸架控制的研究（編號：），江蘇省高新技術項目汽車電動助力轉向與主動懸架集成控制的研究（編號：），對與自適應懸架系統集成控制中的一些關鍵技術作初步探索：、研究開發了以單片機為微處理器的電子控制單元的硬件，控制單元具有實時數據信號采集、轉換和系統控制功能。根據采集的數掘信號，確定電動機輸出的目標電流，利用脈寬調制技術，通過驅動電路控制電動機的輸出電流和轉動方向，實現對系統的控制。二、提出了基于瞞算法的模糊集成控策略根據實際系統的變化情況。通過自適應模塊調整帶修正因子的模糊控制系統。便于跟蹤實時控制過程。仿真結果表明：所設計的集成控制系統，與懸架控制系統相比，操縱穩定性、轉向輕便性、行駛平順性

20、和安全性均得到較大改善。三、設計控制電路的軟件程序。軟件程乎包括數據信號采集、轉換與控制策略的實現兩部分，采用了模塊化的設計思想。分別設計了系統主程序、轉換程序、車速信號采集程序，加速度信號采集程序，電流采集程序、扭矩采集程序和哪控制程序，并部分實現了集成系統的控制算法。在自主開發的臺架上對硬件電路和軟件系統進行了試驗。結果表明設計的控制系統能夠滿足控制要求，能有效的改善汽車行駛性能，為與懸架集成控制系統的進一步研究奠定了基礎江蘇大擘項士研究生畢業論文本章小節本章主要是對全文的綜述性的論述，對目前汽車集成控制系統的概況做了簡要介紹，在分析國內外相關文獻的基礎上討論了集成系統國內外研究的現狀及本

21、課題研究的目的和意義，并介紹了本文的主要研究內容，使讀者對本文所要研究的對象和內容有個初步的了解。江蘇大學碩士研究生畢業論文第二章集成控制的工作原理集成控制系統簡介是當前汽車技術的研究熟點之一“，但是目前的研究大多是以單純的模型為研究對象的，未考慮其與車身、懸架之蒯的相互影響關系，即設計控制系統時，認為汽車的懸架系統對轉向沒有影響。同樣，在設計自適應懸架控制系統時，假設對其不產生任何影響，或者根本不考慮轉向問題。事實上，轉向與懸架之間存在著很大的影響關系。從對轉向工況下懸架系統的分析可知，轉向對懸架運動的確有重要影響。因此針對或懸架其中某一子系統進行的控制研究顯然是不夠客觀的，考慮與自適應懸架

22、這兩個子系統之聞的相互影響設計相應的集成控制系統，使與自適應懸架子系統的性能得到綜合提高，是很有必要的在集成控制的研究中，可以采用兩種策略實現：一種是分別對主動懸架和電動助力轉向系統設計控制器，利用兩者在狀態變量上的耦合，分別調節兩個控制器的控制參數，從而達到集成控制的目的：一種是將兩者的動力學系統完全融合，把懸架系統和轉向系視為一個系統，設計一獨立控制器實現集成控制。本來探討了后一種實現方法及其集成優化設計問題。的工作原理的構成與工作原理系統按照其轉向助力機構結構與位胃的不同，可以分為轉向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式三種形式，但不同類型的基本工作原理是相同的。轉向軸助力式電動助力轉向系統

23、組成如圖一所示。其工作原理為：的轉向軸由靠扭桿相連的輸入軸和輸出軸組成輸出軸通過傳動機構帶動轉向拉桿使車輪轉向，輸出軸除通過扭桿與輸入軸相連外，還經行星齒輪減速機構一離合器與助力電機相連。駕駛者在操縱方向盤時，給輸入軸輸入了角位移目，輸入軸和輸出軸之目的相對角位角位移使扭桿受扭，扭矩傳感器將扭桿所受到的扭矩轉化為電壓信號輸入電控單元，與此同時，車速傳感器檢測到的車速信號也輸入電控單元，電控單元綜合方向盤的扭矩、轉動方向以及車速等輸入信號，判斷是否需要助力以及助力的方向。若需要助力，則依扛蘇大學碩士研究生畢業論文圖轉向軸式屯動助力轉向系統組成結構圖照既定的助力控制鐿略計算電動機助力轉矩的大小并輸

24、出相應的控制信號給驅動電路，驅動電路提供相應的電壓或電流給電動機，電動機輸出轉矩由蝸輪蝸桿傳動裝置放大再施加給轉向軸起助力作用從而完成實時控制助力轉向。若出現故障或車速超出設定值則停止對電機供電，系統不提供助力，同時，離合器切斷，以避免轉向系統受電機慣性力矩的影響，系統轉為人工手動助力。正是由于系統有了電控單元，較傳統，的助力大小可以根據控制策略調整，這給了設計性能優良的助力轉向系統提供了可能。的類型的類型通常可以按其助力轉向機構位置和結構的不同可分為“齒條助力式（圖）、轉向器小齒輪助力式（圖）和轉向軸助力式（圖）齒條助力式：助力機構安裝在轉向齒條處電動機通過減速機構直接驅動轉向齒條處。因該方

25、案的助力輸入在齒條上，要求電動機輸出最大力矩相對要大些，與轉向器小齒輪助力式相比，可以提供更大的轉向力，適用于大型車。轉向器小齒輪助力式：轉向助力結構安裝在轉向器小齒輪處，與轉向軸助力相比，可以提供較大的轉向力，適用于中型車，其助力控制特性方面比較復雜。轉向軸助力式：助力轉向機構安裝在轉向軸上，當駕駛員轉動轉向盤時，控制單元控制直流電機，輸出助力，電機的動力經離合器、電機齒輪傳給轉向軸的齒輪，然后經萬向節及中間軸傳給轉向器，因助力輸入經過轉向器傳遞，因此要求電動機的最大輸出力矩小 江蘇大學碩士研究生畢業論文的主要部件￥的主要部件包括扭矩傳感器、車速傳感器、電動機、減速機構和電子控制單元等。電動

26、助力轉向系統的控制決策主要取決與車速傳感器信號和扭矩傳感器信號，它們性能的優劣、壽命的長短，直接影響著轉向系統各部分的控制效果和監測質量。多多妗歲夕盈齬自，】¨詫髓斌目往力杰圈助力轉向機構位置不同的的類型轉矩傳盛器早期的電動助力轉向系統中用的是電位器式傳感器這種扭矩傳感器原理簡單、成本較低，但是它存在著精度不是很高、測量系統較復雜、壽命相對較短等固有缺陷，決定了在未來的電動助力轉向系統中不是理想的扭矩傳感器。本文采用了光電扭矩傳感器，主要由光電編碼器組成。光電編碼器是在平板玻璃圓盤或其它透明材料上，通過光學刻化和照相復制，對盤面按一定的數學模式分割，形成明暗相間的刻線或刻區而制成的傳

27、感器。基本上可分為兩類：一類是圓光柵編碼器；另一類是在很多同心圓上刻制了絕對位置碼。如圖。該類傳感器是通過測量扭桿的相對扭轉角來獲得作用在轉向拄上的扭力的大小，應用于電動助力轉向系統時，在光電編碼器盤的一側放上光源向盤投射可見光，在盤的另一面設置一組光電器件轉動方向盤時，帶動圓盤轉動，光電器件可以把透過圓盤和指標光柵或狹縫的光信號轉換成電信號，經過放大、整形等后續處理，就將轉動信息傳遞給控制單元，從而獲得轉向軸上的扭矩的大小其輸出為格雷碼，轉化也比較方便，所設計系統中的光電傳感器是采用軟件譯瑪的方法。光電傳感器測量精度較高，數字化結構比較簡單，壽命比較長，但價格較高。本系統采用的是八位的光電扭

28、矩傳感器。江蘇大學碩士研究生畢業論文圖光電扭矩傳感器結構與工作原理車速傳感器車速傳感器位于變速器輸出軸上。為磁感應式，如圖所示。它能產生頻圖車速佶感器率與車速成正比的正弦脈沖信號，該信號經里程表電路處理后，形成方波信號，該方波信號一方面給罩程表使用一方面通過導線送至控制器，向控制器提供車速信號。控制器根據車速的高低決定助力的大小，一般低速時助力大，轉向輕便：高速時減小助力，以提高路感和操縱穩定性。直流電動機電動助力轉向控制系統中電動機的工作狀態需要報據指令信號而改變，根據電動機在助力轉向系統中的作用和特點，一般需滿足如下要求：）盡可能高的響應頻率：）機械持性的硬度的數值盡可能大；）盡可能寬的調

29、速范圍；）良好的低速平穩性；江蘇大學碩士矸究生畢業論吏）過載能力強；本系統所采用的直流電機的規格如表表直流有刷永磁電動機規格直流有刷永磁電動機規格型式額定宅壓（）額定功率（）直流永磁額定時間旋轉方向勵磁方式外殼彤式絕緣等級最大電流（）絕緣電阻正反向永久磁鐵全封蝴額定轉速（冊）額定扣矩（）額定電流（）轉動慣垃大電磁離合器與減速機構電磁離合器安裝在電動機和減速齒輪之間，它的作用主要是便電機與減速機構快速的結合和分離。當系統工作于助力模式時，離合器便電機與減速齒輪結合，傳送電機的輸出扭矩。當系統車速高于設定值或電機電流高于設定值或系統出現故障時，離合器又斷開電動機與減速齒輪的連接，使系統停止助力，改

30、為人工操作，從而保證系統的安全性和可靠性。電磁離合器的選用主要是要滿足穩定可靠的結合與分離能夠很好的傳遞扭矩。現已知電動機的額定扭矩，考慮余量離合器的額定扭矩選擇。減速機構起減速增扭作用，通常為蝸輪蝸桿式、雙攤行星齒輪式或球螺旋機構式。主動懸架的工作原理汽車在瞬態轉向時，考慮車身的側偏，橫擺，跳躍，俯仰運動，通過減振器的阻尼力將振動能量轉化成熱能，從而減小車輪與車身之腳的振動幅度和能量，提高汽車的平順性和舒適性，提高汽車的平順性、操縱穩定性和安全性等綜合指標。主動懸架的主要部件可調阻尼減振器口】減振器是汽車懸架系統中主要的阻尼元件，是自適應懸架的核心部件。本系統對原有的液壓被動減振器進行了改動

31、，設計出了節流口可調式減振器，使用步進電機調節減振器的阻尼為控制系統實車道路試驗提供了條件。可調阻尼減振器在拉伸和壓縮行程中可調節流口可以通過芯桿，由步進電機進江蘇大學碩士研究生畢業論文行驅動這樣，步進電機接受控制器發出的指令，就可以通過改變轉角來調節可調節流口的節流面積，從而達到控制減振器的阻尼值的目的。當可調節流口過流面積增大時，減振器阻尼力將相應減小；當可調節流口過流面積減小時，減振器阻尼力將相應增大。囝改進前后的液壓阻尼減振器步進電機活塞桿蕃桿上腔可調節渣口下腔補償室圈可調阻尼減振器結構圖毽蘭池三圈節流口可調式液壓阻尼減振器作原理步進電動機步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應的角位移或

32、線位移的執行器，可以直接實現數字控制，并且不需要反饋就能對位置或速度進行控制。因此，在汽車計算機控制系統中被廣泛地作為執行器使用。在主動懸架控制系統中，選用三相步進電機，為 江蘇太擘碩士研究生畢業論文了能準確完成可變阻尼的調節，步進電機驅動系統應滿足可選擇三相三拍及三相六拍兩種工作方式之一進行方向為正轉和反轉兩種，按照預置要求完成行走步數。本系統的采用了北京斯達特機電科技發展有限公司的型號電機，能夠滿足拖動負載所需要的力矩，最高轉速不超過轉分。加速度傳感器試驗中采用壓電式加速度傳感器，其基本原理是在壓電晶體上固定一質量，當受到振動加速度時，質量產生的慣性力作用在壓電晶體上，由于壓電效應使其表面

33、產生電荷，根據電荷量的大小及其變化情況。可計算出加速度的大小。本系統采用的傳感器的靈敏度為。集成控制系統的總體框架系統電控單元（）的功能是根據傳感器信號，進行邏輯分析與計算后，發出指令，控制電動機和離合器的動作。此外，還有安全保護和自我診斷功能，通過采集電動機的電流、電動機電壓、發動機工況等信號判斷其系統工作狀況是否正常，一旦系統工作異常，助力將自動取消。本系統采用了位的作為的處理器芯片。另外控制系統與控制算法是控制的關鍵之一。控制系統應有較強抗干擾能力，以適應汽車復雜的行駛環境。控制算法應快速正確滿足實時控制的要求”。集成控制系統的總體框架集成控制系統基本結構如圖所示該電路由電動機驅動電路、

34、扭矩信號輸入電路、車速信號輸入電路、電流信號輸入電路、加速度信號輸入電路和報警指示燈驅動電路等組成。電動機的驅動電路由專用驅動集成電路、橋式電路、和光耦邏輯驅動電路構成。¨扛蘇太肇碩士研究生畢業論丈圈集成控制系統基本結構控制系統采樣力矩傳感器、車速傳感器、霍爾傳感器、加速度傳感器等模擬輸出信號，通過微機內部的轉換器將模擬信號轉換為數字信號，運用一定的控制策略對信號進行處理，輸出控制信號控制信號主要包括兩個方面：一方面向（場效應晶體管）驅動電路輸出控制信號，由哪（脈寬調制）驅動橋式電路，以確定目標電流的大小和助力方向，從而驅動助力電機達到轉向助力的效果：另一方面通過脈沖信號控制步進電機

35、驅動器驅動步進電機，從而調節阻尼減振器實現懸架的主動控制。本章小結本章介紹了集成控制中的電動助力轉向部分與懸架部分的基本工作原理及其類型，并研究了集成控制系統的原理與結構，從總體上勾勒了集成控制系統的功能框架。探討了集成系統對傳感器、電動機，離合器、減振器及其傳動機構的基本要求，對系統的各部件進行了具體的選型，并對系統的某些部件進行了調整與改進，在試驗臺架上進行了實際功能驗證。江蘇大學碩士研究生畢業論支第三章集成控制系統的硬件實現集成控制系統硬件設計的內容集成系統要實現的主要功能是采集來自傳感器的信號，經控制器運算，判決后，控制電動機在轉向時為駕駛人員的轉向提供輔助力并調節懸架的阻尼力另外，考

36、慮到其應用對象的特殊性，其安全性要求的絕對地位，系統還需要提供許多應急處理方案。綜合考慮系統的功能要求和一些特殊要求，集成系統的硬件設計主要包括以下一些主要模塊。分別是：系統控制器核心系統設計、控制單元接口電路，電動機驅動及其保護電路，電磁離合器控制電路、傳感器信號處理電路、故障診斷與故障顯示電路以及電源系統電路的設計等。集成控制系統的硬件設計系統控制器核心系統設計控制系統核心電路的設計包括微控制器的選型、微控制器關鍵引腳設置，內部資源分配、存儲器等內容。的結構功能控制系統的控制對象控制電路是比較復雜的。因此希望主控芯片能集成多項功能，如能自動產生州波、有轉換器、各種同步串行接口、足夠的內部和

37、、看門狗和電源管理等。通過對目市場上單片機品種的調研以及查閱相關資料，能滿足上述要求比較，采用了公司的微控制器，其優點為：一、控制系統的電機都采用脈沖寬度調制（），用于調節電機電樞酶端的電壓或調節電機轉子角度，從而實現對電動機的控制。微處理器帶有個通道，很大程度上簡化了電動機驅動電路的設計。、控制系統的輸入處理信號均為脈沖信號，為了獲得信號的具體情況，不可避免要進行頻率的測量。的定時器有路捕獲電路，可以用于捕捉外部詠沖信號根據一個周期所捕獲的脈沖信號，可以方便的計算出被測脈沖的周期。三，外部輸入信號為模擬信號，要進行轉換內置個位路轉換器，在系統設計中無需外擴轉換器件，有利于控制電路板的體積小型

38、化。四、系統控制的適時性較高，這就要求處理器有比較快的數據處理能力江蘇太擘碩士研究生畢業論主的工作頻率可達播，能夠滿足系統的要求。五，現代汽車往往配各有防抱制動裝置（）、和其他一些電器控制單元，這些模塊通過總線與汽車控制系統的總控制模塊相關聯，通訊。除了具有全雙工的串行接口外，還有串行接口，能夠方便地與系統的其他模塊進行總線集成和通訊。在汽車電控系統中，普遍被采用的總線是（），作為實驗階段，現在采用倘使真正投入工業化應用可以選用帶有總線擴展功能的微控制器，以便與汽車電控部分的其它控制單元相集成。傳感器信號處理電路傳感器是能夠感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。在實際

39、的測量中，大量的被測量是隨時間變化的動態信號，這就要求傳感器的輸出不僅能精確地反映被測量的大小還要正確再現被測量隨時間變化的規律，即要求傳感器的動態特性要好。因此，傳感器的選擇不但要考慮其精度、靜態和動態性能是否能達到檢測要求，還要考慮傳感器的輸出信號與工控機板卡的接口標準、在現場的安裝分布、易于擴展及價格等。系統需要采集到方向盤扭矩、車速、電機電流信號以及如蓄電池電壓等在內的狀態信號，因此傳感器的選型和設計是一個必不可少的環節。扭矩信號處理電路光電扭矩傳感器的信號處理電路如圖所示圈光電扭矩傳感器的信號處理電路光電扭矩傳感器的輸出信號直接連接到處理器的數據線上傳感器部分的電源由系統板提供。引腳

40、用于扭矩傳感器信號的選通控制。與門確保只有在扭矩傳感器片選端和處理器讀控制端口同時低電平的情況下，光電扭矩傳感器才被選通，進行扭矩信號的讀取防止與控制系統的其它設各或者動作發生總線沖突。江蘇走擘碩士研究生畢業論支車速信號處理電路車速信號是的單極性脈沖信號，此信號是從車速里程表里面引出的。因為單片機所能處理的信號高電壓在左右，所以車速信號的通道設計主要是完成信號的電平匹配設計，也即將的信號轉化為的數字信號，可以采用光電藕合器利用分壓原理，其具體電路如圖所示，其中和選擇合適的電阻值即可。圖車速信號處理電路電機反饋電流信號處理電路系統進行電流取樣有兩方面的用途，其一是為電動機提供保護。另一方面通過電

41、流傳感器反饋的電樞電流信號，進行電樞電流的反饋控制。本系統采用北京柏艾斯科技有限公司的型霍爾電流傳感器。”，具有反應時問快，過載能力強，全程范圍內極高的線性度的特點，其電氣參數如表所示，接線方式如圖衷霍爾電流傳感器電氣參數袁電源電壓額定輸入電流電流測量范圍精度線性度額定輸出電流失調電流講出跟隨精度響應時間頻帶寬度耐壓±一、優于±蔓，由于助力電動機提供兩個方向的助力，電動機的助力電流也就有負之分。霍爾傳感器輸出的是電流信號（），而系統接受的是電壓信號，故需在傳感器江蘇太學碩士研究生畢業論之的輸出引腳上接一個約的電阻，將輸入的信號轉換為一的電壓信號，然后經過一加法器將電壓變換為

42、，再經過一運放電路將電壓變換為，經過二階濾波送到控制器的端口。其電路如圖所示，霍爾傳感器電路連接叫電流信號處理電路電荷采集電路由于來自電荷傳感器的信號通常郝伴隨著很大的共模電壓（包括干擾電壓）所以運算放大器采用了差動組態柬抑制共模信號，電荷傳感器的“地，與放大器的“地”不處于同一電位上有一個“地回路”引起的干擾電壓，顯然是一個共模信號。因此。采用如圖的放大電路，干擾電壓將被大大抑制，只有所需有用電路得到良好的放大。此電路是目前廣泛應用的由三個集成運放組成的數據放大電路。由，兩個對稱的運放組成差動輸入雙端輸出的前置放大器和，的差動組態單端輸出放大器所組成。該電路輸出只于差模輸入電壓有關，具有良好

43、的共模抑制能力采集的數據經過運放電路進行轉換，由于電路的轉換頻率低于采集電路的頻率，這就會使轉換結果產生孔徑誤差。因此，在運放電路后加一采集保持器，如圖所示電動機驅動及其保護電路在控制器的硬件設計中電動機的控制設計是重要的一環。電動機是系統直接控制的對象所以這部分的設計直接影響到系統控制的有效性和穩定性。電動機的州調壓調速原理江蘇太學碩士研究生畢業論支圖電荷采集電路隨著計算機進入控制領域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現，直流電動機的結構和控制方式都發生了很大的變化，采用全控型的丌關功率元件進行脈寬調制（，簡稱）的控制方式己成為絕對主流”刪控制方式需要的大功率可控器件少，線路簡單：調速范

44、圍寬，快速性好：電流波形系數好，附加損耗小；效率高，功耗小、頻帶寬、滯后小，而且這種控制方式也很容易在單片機控制中實現。所以，刪控制方式是一種很理想的驅動所設計系統的電機控制方式也是采用的該類型的控制方式采用丌關驅動方式，通過刪柬控制電機電壓時，如圖，當開關管的棚極輸入高電平時，開關管導通，直流電動機電樞繞組兩端有電壓，。秒后，柵極輸入變為低電平，開關管截止，電動機電樞電壓為，。秒后柵極輸入變為高電壓，開關管的動作重復前面的過程。這樣對應著輸入的電平高低，電動機的電樞繞組兩端的電壓平均值為：（豐）（式中為占空比，。開關器件導通的時間，為脈寬調制的周期。占空比表示了在一個周期中，開關管導通的時間

45、與周期的比值。的變化范圍為當電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值取決于占空比的大小，改變的值就可以改變端電壓的平均值。從而達到控制的目的。在調制時占空比是一個重要參數改變占空比的豐要方法有定寬調頻法、調頻調寬法和定頻調寬法。酊兩種方法由于在控制時改變了控制脈沖的周期（或頻率），當控制脈沖的頻率與系統的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此這兩種方法很少用目前，在直流電動機的控制中，主要使用定頻調寬法。江蘇大學碩士研究生畢業論吏抽）氟再藍趁（）凡電壓基形圈刪調制原理與輸入輸出波形圖助力電機的控制設計電動機功率驅動電路的設計直流電動機刪控制系統有可逆和不可逆系統之分可逆系統是指電動機可以正反兩個

46、方向旋轉：不可逆系統是指電動機只能單向旋轉。電動助力轉向系統有正反方向轉向的要求，因此系統的執行電動機也必須能夠工作在正反兩個方向旋轉的運行狀態，所以系統采用可逆剛控制系統。對于可逆系統，又可以分為單極性驅動和雙極性驅動兩種方式單極性驅動是指在一個”，周期內，作用在電樞兩端的脈沖電壓是單一極性的；雙極性驅動是指在一個州周期里，作用在電根兩端的脈沖電壓是正負交替的。雙極驅動電路和單極驅動電路的電路形式是一樣的其自的不同之處在于控制方式不同。雙極性可逆控制系統有低速平穩的優點，但存在著電流波動大，功耗較大。而且必須增加死區來避免開關管直通的危險，限制了開關管頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動機的控制單極性驅動方式于運行可靠性高，不需附加延時，因而開關頻率相對可以提高。本系統設計了電動機單極性驅動脈寬調制電路，電路原理如圖。、為光耦，一方面用于系統強電和弱電的隔離，另一方面用于驅動四個管電機的州控制信號和方