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原文传递全地形车电动助力转向特性及控制系统的研究

论文题名：	全地形车电动助力转向特性及控制系统的研究
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
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面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车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。在设计中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，在本文中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好，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
专业：	机械设计及理论
导师：	郭艳玲
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文