【導讀】作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文。對本文的研究做出重要貢獻。的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律。結(jié)果由本人承擔。一項汽車性能提升的新技術。電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于采用了電子式控制的方式，因此響應速度快，可以按照行駛需要隨時迅速的改變助力方式，使車輛在行駛過程中能獲得最佳的向特性。略對系統(tǒng)特性的作用?？刂茊卧ㄟ^實時采集車速信號和扭矩傳感器信號，經(jīng)過控制算法分析確定。并輸出目標電流，通過H橋電路控制助力電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向功能。

　　

【正文】 過程中始終開啟，只有 VT1受 PWM控制，當 VT1截止時，電機的反電動勢經(jīng)過Ⅵ 4和 VT2的續(xù)流二極管形成回路。若 VT VT4同時受到相同的 PWM信號控制，這種控制方式即為雙極式控制。此時，電機的反電動勢經(jīng)過VT VT3的續(xù)流二極管形成回路。通過圖中比較可知，雙極式控制較為簡單，但電流損耗比單極式的大，因此本設計采用的 是單級式 PWM控制方式。 在圖 16中， VT VT2由單片機的 PWM脈寬調(diào)制輸出控制， VT vT4由單片機 IO口直接控制。系統(tǒng)通過軟件獨立控制各個 MOS管的通斷。當系統(tǒng)分析需要正向助力時， VT1受到 PWM控制，輸出脈寬調(diào)制信號， VT4受到 IO操作，直接開啟， VT VT3控制信號輸入為 0，電機正轉(zhuǎn)。反向助力時， VT2受到 PWM控制，輸出脈寬調(diào)制信號， VT3受到 IO置 圖 16 PWM控制方式 PWM control method 高電平操作， VT VT4控制信號輸入為 0，電機反轉(zhuǎn)。 在正反向切換時，系統(tǒng)軟件設置延時，以保證對橋的上下橋完全關斷，避免上下橋臂的短路 。 為了保證 MOS管可靠導通，根據(jù) MOS管的電氣特性，必須在各個管的門柵極提供足雙極式控制 單級式控制 23 夠高的電壓。 IRF3205功率管的導通電壓一般在 10V以上，即 Ugs10V。對于下橋，直接接入 10V電壓即可使其導通；而對于上橋的兩個 MOS管，必須滿足 UgsVp+10，即驅(qū)動電路必須能夠提供高于電源電壓 10V的驅(qū)動電壓。這就要求門極的輸入驅(qū)動需要增壓電路，以提供高與柵極 10V的電壓，考慮 Ugs的上限要求， MOS管導通時， Ugs要隨柵極電壓在 10到 15V左右浮動，即浮動柵驅(qū)動。本系統(tǒng)采用浮動柵驅(qū)動芯片 MC33883的驅(qū)動電路，控制器輸入的 PWM信號作為控制信號和升壓泵的驅(qū)動震蕩源。 MC33883是摩托羅拉公司生產(chǎn)的一款 H橋門驅(qū)動芯片。集成了電荷升壓泵，能夠獨立驅(qū)動上下橋。門驅(qū)動通道可以由四個單獨的控制信號控制，下橋控制以地為參考點，上橋通道為柵浮動驅(qū)動。 MC33883可以提供 1A的驅(qū)動電流，完全滿足 MOS管導通的需要。作為一款寬電壓范圍的驅(qū)動芯片， MC33883可以在 5． 5V到 55V的電壓范圍內(nèi)工作。支持頻率低于 100KHZ的 PWM輸入信 號 [19]。接口電路如下圖所示： 圖 17 MC33883電氣接口電路 MC33883 electric interface 電壓反饋電路 在電子助力系統(tǒng)中，為了保證助力性能，一般都采用了電機電流的閉環(huán)控制模式，將電機電流反饋回來與助力特性確定的目標電流進行補償運算，再通過脈寬調(diào)制輸出，控制 H橋驅(qū)動助力電機。通常在系統(tǒng)中使用專用的電流傳感器或采樣電阻來實現(xiàn)，這就增加了系統(tǒng)的成本，同時電流采樣過程中，采樣電阻的特性或傳感器的誤差也會造成反饋電流存在誤差。本系統(tǒng)簡化了電流反饋系統(tǒng)，采用 分壓電路直接得到電機電樞電壓的方法，由電機電樞平均電壓做為反饋與輸入電壓平均值做比較，形成電壓型閉環(huán)系統(tǒng)。如下圖所示為電壓反饋系統(tǒng)的電路原理圖。 24 圖 18 電壓反饋電路 Voltage feedback circuit 圖中， Usrc為電機電樞端電壓，通過阻容分壓電路，將該電壓按比例限幅在 AD可采集的范圍內(nèi)，再由單片機系統(tǒng)的 ADC端口讀取電壓值，帶入系統(tǒng)軟件中進行反饋運算。 故障檢測及報警電路 為了保證 EPS系統(tǒng)正常工作，避免助力失效引起的安全問題，在 EPS的控制單元中，要求對各 個部件的狀態(tài)進行檢測，對關鍵部分實時故障監(jiān)測。在發(fā)現(xiàn)問題時及時斷開助力系統(tǒng)。 EPS的系統(tǒng)故障主要包括：助力電機故障、車速傳感器故障、電源故障、離合器故障和 ECU故障。 助力電機故障主要有電機電壓浮動，電機電流過高，電機溫度過高等。傳感器故障主要是扭矩傳感器線路短路或斷路，車速傳感器故障，發(fā)動機傳感器無信號等。電源故障主要是電源短路或斷路，電源欠壓等。電磁離合器故障監(jiān)測主要是檢測線路是否短路或斷路。 ECU系統(tǒng)故障主要檢測控制器是否失效，供電是否正常等。 故障處理由故障指示燈按故障碼指示。 系統(tǒng) 欠壓檢測電路如圖 19所示： 圖 19 系統(tǒng)欠壓檢測電路 System under voltage detection circuits 25 故障指示電路如圖 20所示： 圖 20 故障指示電路 Fault indication circuit 控制策略與軟件設計 EPS系統(tǒng)是一個非線性的多輸入多輸出系統(tǒng)，需要對轉(zhuǎn)向輸入做出快速響應，對干擾和傳感器噪聲也要及時處理。由于 EPS系統(tǒng)有很多非線性摩擦，機械構(gòu)件的磨損，導致 EPS的實際模型存在誤差。因此， EPS控制器 必須具有穩(wěn)定的魯棒性。采用 EPS系統(tǒng)的目的是降低轉(zhuǎn)向力、確保轉(zhuǎn)向響應速度并保持良好的路感，對于 EPS的控制系統(tǒng)必須完成以下目標： (1)根據(jù)設定的助力特性曲線，提供合適的助力輔助汽車駕駛，降低轉(zhuǎn)向力，尤其是在低速大轉(zhuǎn)向時，控制系統(tǒng)必須在保證操控穩(wěn)定性的同時提供盡可能大的助力。 (2)控制系統(tǒng)必須具有高響應速度，保證轉(zhuǎn)向的靈敏度。 (3)控制系統(tǒng)必須抑制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)震動對性能的影響。 (4)在車速較高時，控制系統(tǒng)應優(yōu)先考慮駕駛路感，減小助力或進入阻尼控制狀態(tài)。 (5)控制系統(tǒng)應具有回正控制能力。 (6)控制系統(tǒng)應 該簡單、可靠，使用盡可能少的期間，降低成本。 一個綜合性能良好的控制器是決定 EPS系統(tǒng)設計成敗的關鍵，選擇好的控制策略是決定控制器性能的關鍵。在 EPS系統(tǒng)設計中，控制器控制助力電機的電樞平均電壓，實際電壓跟蹤目標電壓，從而輸出目標助力大小。 EPS系統(tǒng)要求助力電機助力迅速，因此電壓控制器需要針對目標電壓，有較高的響應速度和良好的跟蹤性。電壓控制策略直接關系著 EP8系統(tǒng)性能。 26 模糊控制 經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都是建立在被控對象精確的數(shù)學模型的基上，但在實際中，控制對象結(jié)構(gòu)參數(shù)并不明確，難以確 定這些復雜系統(tǒng)的傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程，因此就很難用基本的控制理論去解決。為此，出現(xiàn)了許多繞過精確數(shù)學模型的建立對系統(tǒng)進行控制的方法，模糊控制就是其中之一。模糊控制系統(tǒng)的原理框圖如圖 21所示： 圖 21 模糊控制系統(tǒng)原理框圖 Fuzzy control system principle 在模糊系統(tǒng)中，仿照人類思考問題的方式，首先對獲得的精確信息進行模糊化，再和已有的操作進行比較分析、模糊推理，從而判定對被控對象進行什么樣的決策。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，通常由 AD采集的溫度值是個 精確 值，通過模糊化，這個精確值變成 一 個 反應溫度高或低的模糊量，這就是一個精確量模糊化的過程。在模糊控制中， 日 常經(jīng)驗被總結(jié)成為用自然語言描述的控制規(guī)則，利用模糊數(shù)學進行處理，構(gòu)成模糊相關矩陣存放在控制器的存儲器中，這些規(guī)則被稱為模糊控制規(guī)則。在模糊控制中，按照模糊控制規(guī)則作出模糊決策，再得到一個精確的控制量給控制對象，從而實現(xiàn)智能控制。輸入量模糊化、模糊控制規(guī)則、模糊控制決策等部分構(gòu)成了一個模糊控制器。模糊控制器實際上是一個以自然語言為法則的控制行為。 本系統(tǒng)按照常規(guī) PID控制設計的方法，使用比例積分控制規(guī)律 ，引入模糊控制方法完成電機的自適應控制。系統(tǒng)可看成是由偏差 E和偏差變化率 Ec作為輸入，控制參數(shù) KP、Ki的增量Δ Kp、Δ Ki作為輸出的雙輸入雙輸出系統(tǒng)。首先設定輸入輸出個參數(shù)的模糊控制論域。按照設計要求，本系統(tǒng)的論域為 U={6， 5， 4， 3， 2， 1， 0， 1， 2， 3，4， 5， 6}。根據(jù)論域的范圍，采用﹛負大（ NB），負中 (NM)，負小 (NS)，零 (z)，正小(Ps)，正中 (PM)，正大 (PB))七種模糊語言變量進行描述。由模糊控制涉及的論域和模糊語言描述，確定了Δ Kp、Δ Ki的論域?qū)哪：Z言變量的 隸屬度函數(shù)如下圖所示 。 模糊化 模糊規(guī)則 決策 反模糊化 執(zhí)行器 精確值 被控對象 27 圖 22 隸屬度函數(shù) membership function PID控制的基本原理中，比例系數(shù) Kp可以加快系統(tǒng)的響應速度，提高系統(tǒng)控制精度，積分系數(shù) Ki可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，根據(jù)上述原則以及使用直流電機調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)驗，得到模糊控制的控制規(guī)則?？刂埔?guī)則的好壞直接決定控制效果的好壞，是實現(xiàn)模糊控制的關鍵。根據(jù)輸入量 E、 Ec和輸出量Δ Kp、Δ Ki，我們將本系統(tǒng)分別看作對 AKP和 AKi的雙輸入單輸出系統(tǒng)。設雙輸入單輸出系統(tǒng)的控 制規(guī)則表達式為 : IF Aand B Then C 根據(jù)表達式，直流電機系統(tǒng)的模糊控制可總結(jié)為表 3和表 4所示的控制規(guī)則。 表 2 Tab 2 NB NM NS Z PS PM PB NB PB PB PM PM PS Z Z NB PB PB PM PS PS Z NS NB PM PM PM PS Z NS NS NB PM PM PS Z NS NM NM NB PS PS Z NS NS NM NM NB PS Z NS NM NM NM NB NB Z Z NM NM NM NB NB 28 表 3 Tab 3 NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NM NM NS Z Z NB NB NB NM NS NS Z NS NB NB NM NS NS Z PS PS NB NM NM NS Z PS PM PM NB NM NS Z PS PS PM PM NB Z Z PS PM PM PB PB NB Z Z PS PM PM PB PB 由模糊數(shù)學，雙輸入單輸出控制系統(tǒng)基本的模糊關系為： ()C P iRi E E K K? ? ? ? ? (26) R= ? ?11nni i i C P iU R U E E K K??? ? ? ? ????? (27) 采樣時刻的偏差和偏差率為： ( ) ( ) de t Y t Y?? (28) ( ) ( ) ( 1 ) ( )ce t e t e t e t? ? ? ? ? (29) 在這里， ()et 和 ( 1)et? 為精確值，經(jīng)過模糊化處理得到模糊量 E(t)和 Ec(t)。用精確值 ()et 和 ()cet分別乘以比例因子 1eG和 1CG，得到模糊量 E(t)和 Ec(t)。設實際系統(tǒng) e的范圍為 [me ， me ]， ce 的范圍為 [ce ， ce ]，根據(jù)模糊論域的范圍 [n， n],可以得到： 偏差比 例因 : me eG n? 偏差變化率比例因子 : nC eG n? 模糊化得 : ()() etE