【導(dǎo)讀】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。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。
電動助力轉(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。
EPS組成及工作原理
電動助力轉(zhuǎn)向是在人工機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入電機(jī)作為動力源，用電動動力代替液壓動力轉(zhuǎn)向。電動助力是由電機(jī)的電氣控制來實現(xiàn)對電機(jī)的控制，為了分析電機(jī)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)。基于LabVIEW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(biāo)。
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(gòu)成(見圖1)：電子控制單元(ECU)、車速傳感器和扭矩傳感器、伺服電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱總成、程序端口和計算機(jī)等。其中比較關(guān)鍵的是電子控制單元、信號采集調(diào)理電路和計算機(jī)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(yùn)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(jìn)行運(yùn)算處理，確定助力扭矩的大小和方向，從而控制電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，電動機(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(jī)的LabVIEW虛擬儀器控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)性能綜合測試。
圖1 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖
系統(tǒng)設(shè)計
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(jī)構(gòu)模塊(見圖2)。
圖2 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)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(dāng)車速比較快時，脈沖的頻率較大;當(dāng)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(shè)計的，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、性能測試等四部分，如圖4所示。其中主界面運(yùn)行時會出現(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，包括汽車的型號等各個數(shù)據(jù);其后是試驗數(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(jié)語
本文應(yīng)用傳感器技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，研究開發(fā)了基于LabVIEW的汽車電動助力轉(zhuǎn)向性能虛擬測試系統(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。
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