基于LabVIEW的汽車助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設計

　　引言

　　汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了以機械助力轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向、電控液壓助力轉(zhuǎn)向等為主流的階段。目前電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)是汽車工程領域的熱門課題之一，研究的主要內(nèi)容是EPS系統(tǒng)的控制規(guī)則和硬件控制器的設計。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有部件少、結構簡單、便于安裝及維護等特點，它是通過電機控制轉(zhuǎn)矩機構實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向的。EPS控制系統(tǒng)可根據(jù)路況及車況調(diào)整、控制電機的助力(或阻尼)狀態(tài),大大提高駕駛的轉(zhuǎn)向舒適性。LabVIEW因其具有突出的優(yōu)點在汽車電子領域有著良好的應用前景。

　　EPS組成及工作原理

　　電動助力轉(zhuǎn)向是在人工機械系統(tǒng)的基礎上加入電機作為動力源，用電動動力代替液壓動力轉(zhuǎn)向。電動助力是由電機的電氣控制來實現(xiàn)對電機的控制，為了分析電機驅(qū)動系統(tǒng)的好壞，

　　并檢測系統(tǒng)的工作狀況，必須要有個系統(tǒng)測試工具來反映出系統(tǒng)的工作狀態(tài)?；贚abVIEW的虛擬測試系統(tǒng)就可以完成對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的全面監(jiān)測。這也是本研究要實現(xiàn)的最終目標。

　　基于LabVIEW的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有以下幾個部分構成(見圖1)：電子控制單元(ECU)、車速傳感器和扭矩傳感器、伺服電動機、減速機構和轉(zhuǎn)向柱總成、程序端口和計算機等。其中比較關鍵的是電子控制單元、信號采集調(diào)理電路和計算機虛擬儀器，很大程度上決定著電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制效果。

　　EPS系統(tǒng)的運行過程是：汽車處于起動或者低速行駛狀態(tài)時，操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向，裝在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩傳感器不斷檢測作用于轉(zhuǎn)向柱扭桿上的扭矩，并將此信號與車速信號同時輸入電子控制器和信號采集調(diào)理電路，ECU處理器對輸入信號進行運算處理，確定助力扭矩的大小和方向，從而控制電動機的電流和轉(zhuǎn)向，電動機經(jīng)離合器及減速機構將扭矩傳遞給牽引前輪轉(zhuǎn)向的橫拉桿，最終起到為駕駛?cè)藛T提供輔助轉(zhuǎn)向力的作用。同時轉(zhuǎn)矩信號T和電流信號I經(jīng)過信號調(diào)理以后通過RS-232串口通訊方式輸入計算機的LabVIEW虛擬儀器控制程序，進行系統(tǒng)性能綜合測試。

圖1　汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結構簡圖

系統(tǒng)設計

　　程序模塊圖

　　汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要分為三個模塊：輸入信號的采集模塊、電子控制單元ECU模塊和輸出執(zhí)行機構模塊(見圖2)。

圖2 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計框圖

　　本系統(tǒng)采用一個自制的基本輸入輸出系統(tǒng)來模擬電動助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)，車速用基本輸入輸出系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖來模擬，該脈沖頻率可以通過固定在油門踏板上的電位器來模擬實際工況調(diào)節(jié)。當車速比較快時，脈沖的頻率較大;當車速比較慢時，脈沖的頻率較小。其他傳感器的輸入用基本輸入輸出系統(tǒng)的輸出電壓來模擬，該電壓可以通過電位器來調(diào)節(jié)。

　　系統(tǒng)流程圖

　　系統(tǒng)是基于LabVIEW設計的，主要的運行次序和循環(huán)結構都由LabVIEW編程中的while、case等結構組成，具體程序流程圖如圖3所示。

圖3 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的程序流程圖

　　2.3 系統(tǒng)界面：分為主界面、建立系統(tǒng)、參數(shù)設置、性能測試等四部分，如圖4所示。其中主界面運行時會出現(xiàn)用戶登陸，登記用戶信息，如圖5所示;然后進入系統(tǒng)的建立，包括汽車的型號等各個數(shù)據(jù);其后是試驗數(shù)據(jù)的設置，包括采樣頻率，車速、轉(zhuǎn)矩電流、電壓的報警上限、顯示格式。

圖4 基于LabVIEW的汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測試主界面

圖5 基于LabVIEW的汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)程序登陸界面

　　結語

　　本文應用傳感器技術、計算機控制技術和虛擬儀器技術，研究開發(fā)了基于LabVIEW的汽車電動助力轉(zhuǎn)向性能虛擬測試系統(tǒng), 該系統(tǒng)人機接口友好，運行穩(wěn)定可靠，其使用大大縮短了測試時間，提高了工作效率，可以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)對測試的要求。