摘要
随着高速公路的出现，汽车车速大幅度提高，汽车高速稳定性问题日益凸现。原有的机械系统无法解决这个问题，因而出现了助力转向系统。原有的电液助力系统体积大、能耗高，而电动助力转向系统在能改善操纵稳定性的同时具有体积小、效率高、绿色环保、装配简单等优点，已成为汽车电子系统的一个重要发展方向。
本文的涉及的研究内容主要有：
对电动助力转向系统的发展作简要的说明，在对汽车电动助力转向的原理深入分析的基础上，对汽车电动助力转向的控制策略进行了详细的阐述，并确定本文中所采用的控制方法。
在汽车转向控制策略已经确定的基础上，详细介绍电动助力转向系统方案的确定、硬件电路板的设计以及试验台架的研制。
详细介绍了实现前面的既定的控制策略的软件设计方法。本文控制软件采用汇编语言编写以实现实时控制，在实现了主要控制功能的情况下，增加各附属功能，提高了整个控制系统的可扩展性。
本文最后分析了试验结果及介绍调试软、硬件环境。试验结果表明本文提出的控制策略能够有效的控制电动助力转向，实现了助力控制和回正控制。
本文有两点创新：
(1) 确定了电动助力转向系统的控制方案，提出了电动助力转向的控制策略，采用的是电流闭环控制策略，其中反馈电流信号由采样电阻获得；
(2) 对模糊控制在电动助力转向控制上的应用做了初步研究，并根据所确定控制方案编制了相应的软件。
As the drive speed increased greatly with the highway booming, the problem of vehicle's high speed stability is becoming more and more serious. Traditional mechanical steering systems can't solve this problem, so power assistant steering systems have been developed. The existent Power Assistant Steering systems are low effective. Instead, the Electric Power Steering (EPS) has effective handling and stability in high speed and some other advantages. It has become a promising way in vehicle electric systems.
The research content and conclusion involved in this paper are as follows:
The development history of EPS was introduced. The control strategy of EPS
was studied and certain control strategy was adapted after theory of EPS was analyzed deeply. Fuzzy control used in EPS control strategy was studied in details.
The whole EPS system including the hardware design and EPS bench experiment environment was developed on the basis of the adapted control strategy.
The software to fulfill the control strategy was studied especially. Because it was a real-time control process, the assemble language was adapted. Besides the fulfillment of the main function required in this control strategy, lots of affiliated functions were added. So, the expansibility of the whole system was improved.
At last, the experiment results were analyzed and the debug software and hardware environment was introduced. The results showed that control strategy can make EPS work well and that Power assistant control mode and Returnable control mode were fulfilled.
Two Innovative points in this paper were presented:
1. The design of EPS was determined, and control strategy was developed. Current closed loop control strategy with current sensor was adapted, and
feedback current was acquired with sampling resistance instead of Hall sensor.
2. A preliminary study was done on the application of fuzzy control in EPS. Corresponding software was offered to fulfill the control strategy.
引文
1 赵燕，周斌．汽车转向系统的技术发展趋势[J]．汽车研究与开发，2003，(2)．
2 冯樱，肖生发，罗永革．汽车电子控制式电动助力转向系统的发展[J]．湖北汽车工业学院学报，2001，(3)．
3 吴修仪．北京第五届国际汽车展览会上的电动转向系统[J]．汽车与配件，1998，(6)．
4 潘工宇．现代控制技术的电动转向系统[J]．汽午技术，1995，(7)．
5 杨树，唐新蓬．汽车电动助力转向盘力特性的初步研究[J]．汽车技术，2003，(3)．
6 邱明，杨家军．基于 H∞鲁棒控制原理的电动助力转向系统研究[J]．华中科技大学学报，自然科学版，2002．(5)．
7 黄李琴，季学武，陈奎元．汽车电动助力转向控制系统的初步研究[J]．汽车技术，2003，(6)．
8 郁强，张金华．电动转向系统开发与研究[J]．轻型汽车技术，2002，(8)．
9 卓敏，许超．汽车电动助力转向技术分析[J]．机电工程技术，2002，(1)．
10 高钟毓．机电控制工程[M]．北京：清华大学出版社，2001．
11 吴文江，杜彦良．汽车电动转向控制系统抗干扰策略的仿真[J]．汽车工程，2003，(4)．
12 陶永华，等．新型 PID控制及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2001．
13 郭孔辉．汽车操纵动力学[M]．长春：吉林科学技术出版社，1991．
14 张伯顺．数字印证——中国汽车加速前进(J)．经济日报网络版，2002．
15 余志生．汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，1997．
16 郑荣良，施淑洪．电动助力转向系统及系统模型分析[J]．汽车技术，2003，(3)．
17 林逸，施国标，等．电动助力转向助力控制策略的研究[J]．汽车技术，2003，(3)．
18 王晓明．电动机的单片机控制[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002．
19 张卫冬，余达太．一种智能电动助力转向系统[J]．北京科技大学学报，2003，(2)
20 冯樱，李春茂．电子控制式电动助力转向系统的控制[J]．汽车研究与开发，2001，(1)．
21 肖生发，冯樱，刘洋．电动助力转向系统助力特性的研究[J]．湖北汽车工业学院学报，2001，(9)．
22 肖生发，冯樱，马力．电子控制式电动助力转向系统的开发前景[J]．汽车科技，2001，(3)
23 刘照，杨家军．基于动态分析的电动助力转向系统设计与研究[J]．华中科技大学学报，2001，(12)．
24 林逸，施国标．汽车电动助力转向技术的发展观状与趋势[J]．公路交通科技，2001，(3)．
25 刘照，杨家军．基于混合灵敏度方法的电动助力转向系统控制[J]．中国机械工程，2003，(3)．
26 张洪欣．汽车设计[M]．北京：机械工业出版社，1994．
27 季学武．动力转向系统的发展与节能[J]．世界汽车，1999，(10)．
28 张晓龙．全电子控制的动力转向系统[J]．国外汽车，1989，(6)．
29 毕大宁．汽车转阀式动力转向器的设计与应用[J]．北京：人民交通出版社．
30 田大庆，刘荣忠，等．电子控制助力转向系统(ECPS)中的传感器设计[J]．仪器仪表学报，2001，(6)．
31 王立新．模糊系统与模糊控制教程[M]．北京：清华大学出版社，2003．
32 周克敏．鲁棒与最优控制[M]．北京：国防工业出版社，2002．
33 王京起，陈慧岩，郑培．应用模糊自适应 PID 和预瞄策略的自主车辆转向控制[J]．汽车工程，2003，(4)．
34 周建奇．电动助力转向器[J]．汽车维修，1999，(8)．
35 王豪，王家军．电动转向系统[J]．世界汽车，2002，(1)．
36 王豪，许镇林．电动转向系统特性分析[J]_汽车科技，2003，(3)．
37 赵金才．电控助力转向系统的分析[J]_轻型汽车技术，2002，(1)．
38 张春化，边耀章．电动转向及其电子控制[J]．汽车维修，1999，(6)．
39 丛爽．神经网络、模糊系统及其在运动控制中的应用[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2001．
40 郭建新．电动助力转向系统的研究与开发[J]．机械设计与制造工程，1999，(28)：18-20．
41 于长官．现代控制理论[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社．
42 王爱瑛，黄兆麟．电助力转向的现状与未来[J]．天津汽车，1998，(3)
43 王晓力．用经典控制论分析汽车动力转向系统[J]．汽车技术，1997，(3)
44 肖生发．电动助力转向系统．ppt．湖北汽车工业学院．
45 雷建军，朱华，等．基于Fuzzy-PID的电阻炉温度控制系统[J]．微计算机信息，2003，(9)．
46 宫会丽，杨树勋．氯乙烯聚合反应自适应模糊PID控制器的设计[J]．微计算机信息，2003，(9)．
47 朱文兴，丁绪东，贾磊．蒸煮过程复合压力控制系统的设计[J]．微计算机信息，2003，(9)
48 李树广，何志明．模糊自适应PID控制在立式风力发电系统中的应用[J]．测控技术，2003，(7)．
49 冯能莲，李克强，连小珉，等．基于模糊控制的综合传动车辆动态性能的仿真[J]．清华大学学报(自然科学版) 2003，43(2)．
50 朱晓宏，邵东明，游道华．基于自整定 PID 模糊控制器的设计及 Simulink 仿真[J]．汽车科技，2003，(1)．
51 张志远，万沛霖，徐巧玲．应用模糊神经网络完成模糊控制器的设计和仿真[J]．重庆工学院，2000，(4)
52 汤东胜，吴光强，董华林．电动汽车矢量控制的模糊—PID 复合控制方式[J]．汽车工程，2003，(1)．
53 专题凋研 (17)：2000年日本汽车产业恢复增长．www.moflec.or.jp, 2002.
54 陈善华，魏宏，李文辉，等．汽车电子转向技术发展与展望[J]．汽车技术，2003，(1)．
55 9S 12DP256BDGV2.pdf. Motorola MC9S12DP256B Device User Guide—V02.13
56 SAE J1939-21—Date Link Layer. 1994.
57 Masahiko Kuris. A Control Strategy to Reduce Steering Torque for Stationary Vehicles Equipped with EPS. SAE 1999-01-0403.
58 Masahiko Kurishige, Kouji, el al. A New Electric Current Control Strategy for EPS Motors. 2001-01-0484.
59 Chang, et al. Developments of Controlled Electric Power Steering. SAE 981117.
60 Sanket Amberkar, et al. Diagnostic Development for an Electric Power Steering System. SAE 2000-01-0819.
61 Kurishige, et al. A New EPS Control Strategy to Improve Steering Wheel Returnable. SAE 2000-01-0815.
62 Toshio Kohno, et al. Development of Electric Power Steering(EPS) System with H∞ Control. SAE 2001-01-0813.
63 Peter, et al. Electric Power Steering-The First Step on the Way to "Steer by Wire". SAE 1999-01-0401.
64 Toshinori Tanaka, et al. An Advanced Electrical Power Steering Motor. SAE 2001-01-0824.
65 Toshinori Tanaka. et al. An Advanced Electrical Power Steering Motor(2).SAE 2001-01-0483.
66 Andrew Heathershaw. Optimizing Variable Ratio Steering for Improved On-Centre Sensitivity and Cornering Control. SAE 2000-01-0821.
67 Roy McCann. Variable Effort Steering for Vehicle Stability Enhancement Using an Electric
Power Steering System. SAE 2000-01-817.
68 Debbie Sallee and Bannatyne. Advanced Electronic Chassis Control Systems. SAE 2001-01-2534.
69 S.Feick and, M., Panbid. Steering-by-Wire as Mechanical Implementation. SAE 2000-01-0823.
70 Anthony J. Champagne. Correlation of Electric Power Steering Vibration to Subjective Ratings. SAE 2000-01-0176.
71 J.R.Zhang and A. Rachid. Robust Controller Design for Automatic Steering of Vehicles. SAE 2001-01-3323.
72 Hongchu Qiu, et al. System Identification of an Electrohydraulic Steering System. SAE 1999-01-2854.
73 Karl Eisenhauer, et al. Opto-Electronic Torque, Absolute Angle and Rate Sensor for EPAS and EHPAS Steering Applications. SAE 1999-01-10135.
74 Wernr Harter, Peter Dominke, Gerhard Ruck. Future Electrical Steering System: Realizations with Safety Requirements. SAE 2002-01-0822.
75 Tom Wong. Hydraulic Power Steering System Design and Optimization Simulation. SAE 2001-01-0479.
76 F.J. Adams. Power Steering Road Feel. SAE 830998.
77 Fujinami et al. Relationship between Steering Characteristics and Driver Feeling. SAE 9534379.
78 Nujia. I Hate the Reference and the Educational System of Graduate Student. SAE 2004-03-0804.
79 J. Chen. Control of Electric Power Steering Systems. SAE 981116.
80 Scott A Millsap, E Harry Law. Handling Enhancement, Due to an Automotive Variable Ratio Electric Power Steering Using Model Reference Robust Tracking Control. SAE 960931.
81 Badawy A, Bolourchi F, Gaut S E. Steer System Redefines Steering Technology. Automotive Engineer, 1997, 105:15-18.
82 Shimizu, et al. Electric Power steering Control. Conference of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1991, 910-17:446～448.
83 Nakayama et al. Present and Future of Electric Power Steering. Automotive Technology, 1990, 44:106～111.
84 Miller, et al. Finite elements applied to synchronous and switched reluctance motors. The Institution of Electrical Engineers, 2001 (5).
85 http://www.sae.org/
86 http://ieeexplore.ieee.org/
87 http://www.google.com/