辆工程毕业设计论文-汽车侧向稳定性控制器的设计(编辑修改稿)

辆工程毕业设计论文-汽车侧向稳定性控制器的设计(编辑修改稿)内容摘要：

9 为 +B和 B，控制策略如下表。 表 控制策略 参考变量 控制策略 Wδ YΔ Δβ 右前 右后 左前 左后 0δW +YΔY BΔβ + 小增 小增 —— 小增 0δW +YΔY BΔβ 大增 小增 —— —— 0δW +Y≤Δ≤ YY BΔβ + —— —— —— 小增 0δW +Y≤Δ≤ YY BΔβ 小增 —— —— —— 0δW YΔY BΔβ + —— —— 小增 大增 0δW YΔY BΔβ 小增 —— 小增 小增 0δW +YΔY BΔβ + 小增 小增 小增 —— 0δW +YΔY BΔβ 小增 大增 —— —— 0δW +Y≤Δ≤ YY BΔβ + —— —— 小增 —— 0δW +Y≤Δ≤ YY BΔβ —— 小增 —— —— 0δW YΔY BΔβ + —— —— 大增 小增 0δW YΔY BΔβ —— 小增 小增 小增 —— +Y≤Δ≤ YY BΔβB +≤≤ 大增 大增 大增 大增 阀门值 βΔ 和 Y+、 Y的确定 通过查阅想过资料，得出横摆角速度与时间的关系。 由下图可以看出，在横摆角速度在 1rad/s 时，可以作为汽车侧向稳定性控制的一个门限值。 10 图 横摆角速度与时间的关系 质心侧偏角速度为 ，当质心侧角速度超过，汽车的可能性能极大的降低 了，因此设定 βΔ的阀门值为。 如下图 图 质心侧偏角速度与时间的关系 图 质心侧偏角速度和横摆角速度 由上图 可以看出，质心侧偏角速度和横摆角速度有密切的联系，这两者同时控制，将极大的提高汽车的安全性能和可控性能。 因此同时控制横摆角速度和质心侧偏角速度是正确的选择。 11 控制算法设定占空比 在汽车行驶过程中，车速与汽车的侧向稳定性有很大的关系，基本呈线性上升，简而言之，汽车的速度越高，汽车失去稳定性控制的机会就越大。 因此要求在汽车高速行驶时，对汽车的控制更加快和准，而在汽车低速时，对驾驶员而言，控制可以相对较慢，如果高占空比高频控制，可能降低汽车的舒适性，因此设定占空比和车速成线性控制，在控制算法中称为比例控制。 具体控制 流程 如下 图 ： 图 车速控制 PWM流程图 具体公式如下： 0uD u t y 2)VK v ( V=1 01 tyDD u t y ++ （ ） Duty2 在 初始时为 0， 0V 的初始值也为 0， 在控制算法完成后，将本周期的 Duty1赋值给 Duty2，同时将本周期的 1V 的结果赋值给 0V。 Duty0 是占空比的初始值，在表 中设置车速 为 0时，小增时占空比为 20%，大增设置为 40%。 Kv 的初选值具体看第 4章程序设置。 本章小结 本章主要介绍了侧向稳定性控制器的组成 、 原理 和工作过程，还 介绍了车轮制动控制的原理 和主要控制的理论方法和控制策略。 为第四章软件编程做了铺垫。 控制算法 控制 PWM 占空比 Duty0 车速1V Duty2, 0V Duty1 12 第 3 章 硬件系统的选择与设计 控制器硬件系统概要 图 硬件连线 上图是本设计的主要硬件关系连接图，主要硬件以及功能如下： 电脑，用于编程设计。 BDM,用于连接电脑与单片机之间的通信，下载电脑的程序到单片机； 飞A/D I/O 笔记本电脑 BDM 飞思卡尔 S12XS128 单片机 信号放大除杂 横向拉杆位移尺 横摆角和 G 传感仪 轮速传感器 x4 控制信号 信号放大隔离电路 右吸入阀 左前轮减压阀 左后轮减压阀 右前轮减压阀 右后轮减压阀 左前轮增压阀 右前轮增压阀 左后轮增压阀 右后轮增压阀 左隔离阀 右隔离阀 左吸入阀 泵电机 13 思卡尔单片机，功能如下：（ 1）采集信号，有 16 路 A/D 转换功能，可产生 8 位、 10位转换结果，有 40路 I/O 输入输出端口。 （ 2）有 8 路 PWM 波形输出端 口。 （ 3）有多个时钟功能，总线频率 16MHZ。 横摆角和 G传感仪，能测量汽车的横摆角、横向和纵向加速度； 电子尺式前轮转角信号，等同于方向盘转角信号； 4 个轮速传感器，供给单片机轮速信号，通过相关控制算法，得到车身状态信息； 12 个制动回路电磁阀，分别是 4个车轮的制动增压、减压电磁阀 ,2 个隔离阀， 2 个吸入阀， 制动泵。 传感器的选择与电路设计 轮速传感器的选择与电路设计 目前，测量车轮转动速度的一般方法是将变磁阻式磁电传感器安装在车轮总成的非旋转部分上，与随车轮一起转动的由导磁 材料制成的齿圈相对。 当齿圈随车轮一起转动时，由于齿圈与传感器之间气隙的的交替变化，导致两者间磁阻的变化，从而在传感器内的线圈上感生出交变的电压信号。 轮速传感器 是由永久磁铁、磁极、线圈和齿圈组成。 齿圈 5 在磁场中旋转时，齿圈齿顶和电极之间的间隙就以一定的速度变化，则使磁路中的磁阻发生变化。 其结果是使磁通量周期地增减，在线圈 1 的两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压，并将该交流电压信号输送给电子控制器。 如下图 图 轮速传感器结构原理图 1线圈； 2磁铁； 3磁极； 4磁通； 5齿圈 当齿圈的齿数 一定时，传感器信号的频率只与车轮的转速有关。 因此， 硬件 系统的电控单元通常是经过专门的信号处理电路将传感器正弦波信号转换为同频率的方波信号，通过检测方波信号的频率或周期来计算车轮的转速。 轮速传感器 信号处理 电路图如下： 14 图 轮速信号采集电路 7 为信号输出端口，接往单片机 I/O 口进行信号采集。 轮速信号转换流程如下图 ： 图 轮速信号处理流程 为了提高测量轮速度精度，轮速信号处理电路应具有如下功能： （ 1）将正弦波信号转换为同频率的方波信号时，方波的占空比应当适中； （ 2）由于振动，气隙在一定范围内变动时，仍然能正确地进行波形变换； （ 3）电磁兼容性好，能抑制噪声干扰。 由以上信息得出，轮速传感器基本可以满足设计要求，可以选用该传感器和信号处理电路。 方向盘转角传感器 的选择 在本设计当中，使用电子尺测量转向横拉杆的位移测量，电子尺的采集信号为05V的电压信号。 图 电子尺 由方向盘转角信号输出的信号时方波信号，通过集成电路信号处理端口，将方向盘信号 720176。 — +720176。 的信号转换为 0— 5v电压信号，当信号为 时，表征方向盘轮速传感器 滤波电路 产生方波信号 iv ~v 0v 单片机 15 无转角，电压信号可 以直接输入到单片机的 A/D 端口，可随时取读电压信号作为判断方向盘的转角信号，同时理想的认为是前轮转角信号。 侧向范围和侧向精度均可以达到设计要求，因此可以选用电子尺代替方向转角传感器和前轮转角传感器。 横摆角和 G 传感器总成的选择 横摆角和 G 传感器总成包括 横摆角速度、纵向 以及 横向加速度传感器，输出 的信号 都是 0V5V 的模拟量，由于汽车颠簸造成的信号波动特性一致，故封装在同一模块中。 汽车运行过程中，在较好路面上行驶时，信号较好，而在颠簸路面上行驶，故需要在软件中设计数字滤波环节。 数字滤波常用的有维纳滤 波器、卡尔曼滤波器、线性预测器、自适用滤波器等。 在 笨设计中，采用短时间连续取值求和，再取平均值的方法，来减少杂波和无效信号的干扰。 硬件实物如下图 ： 图 BOSCH 的横摆角与 G传感仪 1空； 2空； 35V 输入电压； 4横摆角速度信号； 5横向加速度信号； 6接地 液压电磁阀回路系统 液压控制单元结构 16 图 液压控制单元结构 液压电磁阀控制回路 图 未制动时管路电磁阀图 如图所示 1为右吸入阀， 2 为左吸入阀， 3为右隔离阀， 4为左隔离阀， 5为右吸入泵， 6为左吸入泵， 7为左后增压阀， 8 为左后减压阀， 9为右前增压阀， 10为右前减压阀， 11 为电机， 12为左前增压阀， 13 为左前减压阀， 14 为右后增压阀， 15 为右后减压阀。 ECU 北京现代 ESP 制动回路图 1 2 4 3 14 15 13 12 9 6 10 8 7 5 11 17 图 左转弯转向不足时 ESP制动 此时工作的电磁阀为右吸油电磁阀，右隔离电磁阀，右前增压阀，左吸油阀， 高压油路为工作油路，低压油路为回油油路，此时电机工作，带动左、右吸油泵工作。 此时制动的车轮为左后轮。 驱动电路的设计 对于驱动电路的设计，需要电磁阀通过的最小电流为 2A， ABS 泵需要驱动的电流为 20A 最小。 同时要求 12v 大电流电路和控制信号电路之间有良好的隔离效果。 信号输出为单片机 PWM 信号，电压范围 0— 5V，电流极小，不超过 25mA，控制 ESP电磁阀工作的是开关电路。 在设计电路时，选用光耦 P521 作为信号隔离 元件 ，选用IRFP250 作为大电流承担元件， IRFP 引脚如图 ，分别为 G、 D、 S，当保持 Ugs 为10V 时， IRFP250 可通过最大电流为 22A。 光耦一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。 输入的电信号驱动发光二极管（ LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。 这就完成了电 — 光 — 电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。 由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。 又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。 光耦结构原理如下图 ,1H 为信号输入高电 压端口， 2L 为信号输入的地电位端口， 3H 为信号输出的高电位端口， 4L 为信号输出的地电位端口。 信号电流由 1H 流向2L，发光二极管发光，产生的光信号，激发光敏三极管，使 3H和 4L之间单向导通。 高压回路 低压回路 18 图 光耦原理图 驱动电路图 对于驱动回路，由于有带铁芯的电感线圈，因此在高频断电的时候，会产生高压感应电动势，因此在断电的时候，必须给电磁阀回路短路处理，消耗掉线圈的感应电流，在初期制作电路板的时候，由于没有短路回路，继电器直接就被高压电火花吸引而不断开，或者直接被击穿了。 因此在电路改进的过程中，将 继电器换成了汽车上常用的三极管 IRFP250，在 Ugs=10V 的时候能经受最大电流为 22A,为了防止长时间工作导致三极管温度上升，在三极管上安装了散热装置。 在三极管 D 端口和 12V 之间，制作一个单向回路，用单相管 IN4007 隔断， IN4007 的击穿电压高达 1000V,工作电流为1A，在 IN4007 后串联的是主要的耗能电阻 100Ω /1W，可经受住 30A 电流冲击。 由以上措施， 确保了在光耦回路断电后， 电磁阀的感应电流和电压不干扰三极管的工作，而直接消耗在由电磁阀 — 电阻 — 电磁阀的这个循环回路，由于电磁阀的电阻小，因此只承担了很小的一部分能量的消耗。 如下图 图 电路图局部视图 飞思卡尔 MC9S12XS128 单片机 本文中采用 Freescale MC9S12XSl28B 单片机作为汽车稳定性控制器的主控制单元， Freescale 单片机在汽车电子领域应用的非常广泛。 MC9S12XSl28 是以 CPUl2 为核心的单片机，其 CPU芯片内部频率为 16MHz，有 128Kb 的 ROM，采用 5V 电压供电，输入输出引脚的电压为 5V。 （附单片机电路图） 单片机外围功能模块如下： （ 1）串行外接设备（ SPI）； （ 2）串行通信设备（ SCI）； 19 （ 3）总线接口； （ 4）增强型捕捉定时器（ ECT）； （ 5）模数转换器（ ATD）； （ 6）脉宽调制模块（ PWM）； （ 7） CAN 控制器。 飞思卡尔 S12 芯片 A/D 转化 模块特点： 8/10 位精度； 7 us, 10位单次转换时间 .；采样缓冲放大器；可编程采样时间； 左 /右对齐 , 有符号 /无符号结果数据；外部触发控制；转换完成中断；模拟输入 8 通。