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SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
于偉鋒
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程B06-1
指導(dǎo)教師姓名
張金柱
職稱
教授
從事
專業(yè)
汽車工程
是否外聘
□是否
題目名稱
電動助力轉(zhuǎn)向硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)設(shè)計
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)經(jīng)歷純機(jī)械式、液壓式、電控液壓式、電動助力式以及處于研制階段的線控式幾個階段。傳統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般采用液壓助力，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率消耗大、易泄漏、轉(zhuǎn)向助力不易控制。因此汽車工程師一直在尋求一種更好的助力方式，以獲得較強(qiáng)的路感、較輕的操縱力、較好的回正性、較高的抗干擾能力和較快的響應(yīng)性。
在國外，各大汽車公司對汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[EPS]的研究有20多年歷史，隨著近年來電子控制技術(shù)的成熟和成本的降低，EPS越來越受到人們的重視，并以其具有傳統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，迅速邁向了應(yīng)用領(lǐng)域。
自1953年美國通用汽車公司在別克轎車上使用液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以來，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) [HPS]給汽車到來了巨大的變化，幾十年來的技術(shù)革新使液壓動力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展異常迅速，出現(xiàn)了電控式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[EHPS]。1988年2月日本鈴木公司首先在其Cervo車上裝備了EPSTM，隨后又應(yīng)用在Alto汽車上，1993年本田汽車公司在愛克NSX跑車上裝備EPS并取得了良好的市場效果；1999年奔馳和西門子公司開始投巨資開發(fā)EPS。上世紀(jì)九十年代初期，日本鈴木，本田，三菱，美國Delph汽車公司，德國ZF等公司相繼推出了自己的EPS,TRW公司繼推出EHPS厚也迅速推出了技術(shù)上比較成熟的帶傳動EPS和轉(zhuǎn)向柱助力式EPSTM，并裝配在Ford Fiesta和Mazda323F等車上，此后EPS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它利用電動機(jī)產(chǎn)生的動力來幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，信號傳感裝置（包括扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感器），轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)（電機(jī)、離合器、減速傳動機(jī)構(gòu)）及電子控制裝置。電動機(jī)僅在需要助力時工作，駕駛員在操縱方向盤時，扭矩轉(zhuǎn)角傳感器根據(jù)輸入扭矩和轉(zhuǎn)向角的大小產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，車速傳感器檢測到車速信號，控制單元根據(jù)電壓和車速的信號，給出指令控制電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)向助力。
（二）、選題的目的、意義
目的：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。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS可以獲得較強(qiáng)的路感、較輕的操縱力、較好的回正性、較高的抗干擾能力和較快的響應(yīng)性。這說明開發(fā)研究EPS系統(tǒng)十分必要
意義：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS(electric power steering)是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS(hydraulic power steering)相比,EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)：僅在需要轉(zhuǎn)向時才啟動電機(jī)產(chǎn)生助力,能減少發(fā)動機(jī)燃油消耗；能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過傳動裝置的作用而助力向系的擾動，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性,提高汽車的主動安全性；沒有液壓回路,調(diào)整和檢測更容易,裝配自動化程度更高,且可通過設(shè)置不同的程序，快速與不同車型匹配,縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期；不存在漏油問題,減小對環(huán)境的污染。
二、設(shè)計（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.對助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理，控制方法進(jìn)行分析研究；當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，安裝在轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器測量出施加在方向盤上的轉(zhuǎn)矩，并產(chǎn)生一個電信號，在此同時，車速傳感器測量出汽車的車速，也產(chǎn)生一個電信號。這兩個信號被送入到ECU中，ECU進(jìn)行邏輯分析運(yùn)算，依據(jù)一定的助力特性曲線產(chǎn)生目標(biāo)電流，對目標(biāo)電流進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，輸出地信號通過驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生合適的助力轉(zhuǎn)矩。
2．硬件的設(shè)計，包括傳感器、執(zhí)行器、數(shù)據(jù)采集卡、實(shí)驗(yàn)臺架等；
3. 運(yùn)用Labview進(jìn)行ECU的軟件設(shè)計
4. 進(jìn)行硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)、分析。
（二）、擬解決的主要問題
1.利用Labview仿真軟件建立精確的系統(tǒng)模型
Labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。
2.汽車電動助力轉(zhuǎn)向程序的控制技術(shù)
微機(jī)根據(jù)力矩傳感器和車速傳感器的輸出信號，計算出電動機(jī)的驅(qū)動電流，利用電動機(jī)的驅(qū)動電路驅(qū)動電動機(jī)，電動機(jī)的電源經(jīng)繼電器和電動機(jī)的驅(qū)動電路供電。力矩傳感器和車速傳感器的信號經(jīng)過各輸入電路，再經(jīng)過微機(jī)處理之后，輸出到各驅(qū)動電路，利用這些已處理過的信息，通過各驅(qū)動電路驅(qū)動電動機(jī)
3、ECU的設(shè)計
運(yùn)用Labview技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)ECU的設(shè)計，程序的編寫與輸入.
三、技術(shù)路線（研究方法）
對EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行研究和分析
建立EPS系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
控制方法和控制策略的建立
傳感器，ECU，執(zhí)行元件的設(shè)計
進(jìn)行硬件在環(huán)仿真
對過程與結(jié)果進(jìn)行整理與分析，形成設(shè)計說明書
四、進(jìn)度安排
（（1）熟悉任務(wù)書，了解相關(guān)信息，準(zhǔn)備資料，填寫開題報告：第1~2周（3月1日~3月14日）
（2）建立EPS數(shù)學(xué)模型，提相應(yīng)問題：第3~4周（3月15日～3月28日）
（3）確定助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法和控制策略及中期檢查：第5~6周（3月29日～4月11日）
（4）運(yùn)用Labview軟件進(jìn)行系統(tǒng)ECU的設(shè)計：第7~11周（4月12日～５月９日）
（5）硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)；第12～13周（5月10日～5月30日）
（6）設(shè)計說明書評閱、審核及修改不足：第14～16周（5月31日～6月20日）
（7）為畢業(yè)設(shè)計答辯做準(zhǔn)備及答辯：第17周（6月21日～6月27日）
五、參考文獻(xiàn)
[1]林逸，施國標(biāo) 汽車電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J] 公路交通科技，2001.62
[2]張鐘光.汽車EPS動力學(xué)模型分析及控制系統(tǒng)設(shè)計[J]，青島大學(xué)學(xué)報.2003.9.
[3]TRW Automotive lnc. Cha-steering-suspension-english, http：//trwauto.com/home/main/03
[4]郭麗萍，電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）原理淺析[J] 城市公共交通，2003.6
[5]苗立東，等，汽車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展綜述[J] 長安大學(xué)學(xué)報.2004.1
[6]趙燕，周斌，新型汽車轉(zhuǎn)向傳感器的研究與發(fā)展[J]中國儀器表.2003.8
[7]黃李琴，等，汽車電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的初步研究[J] 設(shè)計 計算 研究，2003.6
[8]施淑洪，鄭榮良 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及系統(tǒng)模型仿真 2002（5）
[9]Roy McCann Vatiable effort steering for vehicle stability enhancement using an electric power steering system 2000
[10]Masahiko Kurishige.Takayuki Kifuku A control strategy to reduce steering torque for stationary vehicles equipped with DPS 1999
[11]周名，余卓平，趙治國 動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展[J] 汽車研究與開發(fā) 2004（10）：9-11
[12]郭建新，伍少初 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J] 機(jī)械設(shè)計與制造工程 1999.28（5）：18-21
[13]莊繼德 汽車電子控制系統(tǒng)工程[M] 北京：北京理工大學(xué)出版社 1999.137-150
[14]趙燕 周斌 張仲甫 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢[J] 驅(qū)車研究與開發(fā) 2003（2）：22-24
[15]郭順生 李益兵 楊明忠 電動動力轉(zhuǎn)向器的發(fā)展與研究 北京汽車 2001（4）：1-2
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日