基于LabVIEW的汽車助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了以機(jī)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)是汽車工程領(lǐng)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(shè)計(jì)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有部件少、結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝及維護(hù)等特點(diǎn)，它是通過電機(jī)控制轉(zhuǎn)矩機(jī)構(gòu)實(shí)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(jī)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(diǎn)在汽車電子領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。

　　EPS組成及工作原理

　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向是在人工機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入電機(jī)作為動(dòng)力源，用電動(dòng)動(dòng)力代替液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向。電動(dòng)助力是由電機(jī)的電氣控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，為了分析電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的好壞，

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

　　基于LabVIEW的汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分構(gòu)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(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱總成、程序端口和計(jì)算機(jī)等。其中比較關(guān)鍵的是電子控制單元、信號(hào)采集調(diào)理電路和計(jì)算機(jī)虛擬儀器，很大程度上決定著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制效果。

　　EPS系統(tǒng)的運(yùn)行過程是：汽車處于起動(dòng)或者低速行駛狀態(tài)時(shí)，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(cè)作用于轉(zhuǎn)向柱扭桿上的扭矩，并將此信號(hào)與車速信號(hào)同時(shí)輸入電子控制器和信號(hào)采集調(diào)理電路，ECU處理器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，確定助力扭矩的大小和方向，從而控制電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，電動(dòng)機(jī)經(jīng)離合器及減速機(jī)構(gòu)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(shí)轉(zhuǎn)矩信號(hào)T和電流信號(hào)I經(jīng)過信號(hào)調(diào)理以后通過RS-232串口通訊方式輸入計(jì)算機(jī)的LabVIEW虛擬儀器控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)性能綜合測(cè)試。

　　圖1　汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　程序模塊圖

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

　　圖2 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖

　　本系統(tǒng)采用一個(gè)自制的基本輸入輸出系統(tǒng)來模擬電動(dòng)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(shí)際工況調(diào)節(jié)。當(dāng)車速比較快時(shí)，脈沖的頻率較大;當(dāng)車速比較慢時(shí)，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(shè)計(jì)的，主要的運(yùn)行次序和循環(huán)結(jié)構(gòu)都由LabVIEW編程中的while、case等結(jié)構(gòu)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(shè)置、性能測(cè)試等四部分，如圖4所示。其中主界面運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)用戶登陸，登記用戶信息，如圖5所示;然后進(jìn)入系統(tǒng)的建立，包括汽車的型號(hào)等各個(gè)數(shù)據(jù);其后是試驗(yàn)數(shù)據(jù)的設(shè)置，包括采樣頻率，車速、轉(zhuǎn)矩電流、電壓的報(bào)警上限、顯示格式。

　　圖4 基于LabVIEW的汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測(cè)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(jié)語

　　本文應(yīng)用傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，研究開發(fā)了基于LabVIEW的汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向性能虛擬測(cè)試系統(tǒng), 該系統(tǒng)人機(jī)接口友好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，其使用大大縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了工作效率，可以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)測(cè)試的要求。