基于LabVIEW的汽車(chē)助力轉向控制系統設計

　　引言

　　汽車(chē)助力轉向系統經(jīng)歷了以機械助力轉向、液壓助力轉向、電控液壓助力轉向等為主流的階段。目前電動(dòng)助力轉向系統(EPS)是汽車(chē)工程領(lǐng)域的熱門(mén)課題之一，研究的主要內容是EPS系統的控制規則和硬件控制器的設計。電動(dòng)助力轉向系統具有部件少、結構簡(jiǎn)單、便于安裝及維護等特點(diǎn)，它是通過(guò)電機控制轉矩機構實(shí)現助力轉向的。EPS控制系統可根據路況及車(chē)況調整、控制電機的助力(或阻尼)狀態(tài),大大提高駕駛的轉向舒適性。LabVIEW因其具有突出的優(yōu)點(diǎn)在汽車(chē)電子領(lǐng)域有著(zhù)良好的應用前景。

　　EPS組成及工作原理

　　電動(dòng)助力轉向是在人工機械系統的基礎上加入電機作為動(dòng)力源，用電動(dòng)動(dòng)力代替液壓動(dòng)力轉向。電動(dòng)助力是由電機的電氣控制來(lái)實(shí)現對電機的控制，為了分析電機驅動(dòng)系統的好壞，

　　并檢測系統的工作狀況，必須要有個(gè)系統測試工具來(lái)反映出系統的工作狀態(tài)?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/LabVIEW">LabVIEW的虛擬測試系統就可以完成對電動(dòng)助力轉向系統的全面監測。這也是本研究要實(shí)現的最終目標。

　　基于LabVIEW的汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統主要有以下幾個(gè)部分構成(見(jiàn)圖1)：電子控制單元(ECU)、車(chē)速傳感器和扭矩傳感器、伺服電動(dòng)機、減速機構和轉向柱總成、程序端口和計算機等。其中比較關(guān)鍵的是電子控制單元、信號采集調理電路和計算機虛擬儀器，很大程度上決定著(zhù)電動(dòng)助力轉向系統的控制效果。

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

　　圖1　汽車(chē)助力轉向系統結構簡(jiǎn)圖

　　系統設計

　　程序模塊圖

　　汽車(chē)助力轉向系統主要分為三個(gè)模塊：輸入信號的采集模塊、電子控制單元ECU模塊和輸出執行機構模塊(見(jiàn)圖2)。

　　圖2 汽車(chē)助力轉向系統的設計框圖

　　本系統采用一個(gè)自制的基本輸入輸出系統來(lái)模擬電動(dòng)助力轉向裝置(EPS)，車(chē)速用基本輸入輸出系統產(chǎn)生的脈沖來(lái)模擬，該脈沖頻率可以通過(guò)固定在油門(mén)踏板上的電位器來(lái)模擬實(shí)際工況調節。當車(chē)速比較快時(shí)，脈沖的頻率較大;當車(chē)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的輸出電壓來(lái)模擬，該電壓可以通過(guò)電位器來(lái)調節。