電動(dòng)助力轉向系統(EPS)數據采集的實(shí)現

1 前言

　　電動(dòng)助力轉向系統已成為現代汽車(chē)發(fā)展的必然趨勢。只有精確實(shí)時(shí)的采集到車(chē)輛轉角數據，助力轉向系統才能根據這些數據采用各種先進(jìn)的算法來(lái)控制助力電機的轉動(dòng)。所以說(shuō)，車(chē)輛轉角數據的采集是電動(dòng)助力轉向系統的重要組成部分。此文章詳細的講述了電動(dòng)助力轉向系統數據采集的硬件和軟件。

2 數據采集硬件

　　數據采集硬件系統主要由計算機，A/D轉換板，數字量信號輸入/輸出板，傳感器以及信號處理裝置等組成，基本的結構如圖1所示。試驗臺傳感器所輸出的信號一共有兩種，一種是模擬信號，另外一種是數字信號。而計算機只能對數字量進(jìn)行處理，為了能使計算機處理或存儲模擬信號，就必須將其轉換為數字量，因此模擬信號的采集主要通過(guò)A/D板進(jìn)行轉換，然后輸入計算機中進(jìn)行處理；數字信號(光電編碼器輸出的脈沖信號)的采集是南數字信號輸入輸出處理板來(lái)完成。

圖1數據采集硬件系統

2.1 數據采集卡(A/D)-HY-1232A/D板

　　HY-1232板是一種IBM-PC XT/AT總線(xiàn)兼容A/D，D/A板，具有32路單端模擬輸入通道，12Bit分辨率，模擬輸入電壓范圍，雙極性為-5V，+5V，單極性為0，+5V。數據傳輸方式采用軟件查詢(xún)方式和中斷方式，而且可以直接插入到計算機的任一總線(xiàn)擴展槽中，構成計算機數據采集的控制系統。HY一1232的A/D轉換采用軟件觸發(fā)方式，在程序中首先向該板寫(xiě)入模擬通道，A/D板將自動(dòng)對該通道進(jìn)行A/D轉換。在程序中讀入A/D完成標志位即可判斷轉換是否完成。當A/D完成位為‘1’時(shí)，則A/D轉換已完成。

2.2 HY-6160數字量信號輸入輸出板

　　HY-6160板有32個(gè)數字量輸入通道，32個(gè)數字量輸出通道和一個(gè)外部事件中斷通道。每個(gè)輸入或輸出通道為一組，占用一個(gè)地址。數字量輸入/輸出信號電平與TTL電平兼容。中斷申請信號為T(mén)TL電平。數字量輸出通道上電清零。光電編碼器將轉向盤(pán)的轉角轉換為電脈沖輸入給數字信號輸入輸出板，通過(guò)計算脈沖數的大小即町獲得轉向盤(pán)轉過(guò)的角度。

2.3 傳感器

2.3.1 扭矩傳感器

　　扭矩傳感器主要測量轉向盤(pán)輸出扭矩的大小和方向，然后將其轉化為相應的電壓值傳送給控制器的ECU。扭矩是作為EPS系統控制策略的重要依據，直接會(huì )影響到控制效果的好壞，因此扭矩傳感器也被作為重點(diǎn)對像進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。本試驗臺選用的傳感器為電位計式扭矩傳感器。

2.3.2 霍爾電流傳感器

　　霍爾元件是一種磁電轉換器件，能把磁場(chǎng)信號轉換為電信號，當霍爾器件H處于磁感應強度為B的磁場(chǎng)中時(shí)，在H(由半導體材料制成的薄片)縱向通過(guò)控制電流I，將引起薄片兩邊載流子數量的變化，因而產(chǎn)生一個(gè)電勢差，即霍爾電壓曲，Un=K/d*k*B

　　式中：K為所用材料的霍爾常數；d為薄片厚度；IC為控制電流；B為磁感應強度。

　　本試驗臺中電流傳感器型號是CS500B(南京茶花港聯(lián)傳感測控技術(shù)有限公司)。

3 數據采集軟件總體設計

　　本試驗臺的數據采集軟件系統采用VB作為編程語(yǔ)言，使用模塊化結構。軟件的主體功能主要包括數據采集，數據存儲與處理，數據實(shí)時(shí)顯示，坐標設定，實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示等。駕駛員作用在方向盤(pán)上的扭矩由扭矩傳感器輸入到計算機內的A/D板，A/D板將此模擬信號再轉換為數字信號，通過(guò)采集軟件進(jìn)行存儲等操作；電流傳感器輸出模擬電流信號和扭矩信號一樣都進(jìn)入A/D板進(jìn)行轉換；安裝在方向盤(pán)上的光電編碼器將脈沖信號輸入到計算機內的計數板上，由采集軟件通過(guò)計算脈沖數的大小來(lái)得到方向盤(pán)的轉角。軟件中除了基本的數據保存等功能外，還有實(shí)時(shí)數據顯示，實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示，通過(guò)軟件叮以直接看到系統工作過(guò)程中扭矩、電流、方身盤(pán)轉角的大小，還可以觀(guān)察它們之間的關(guān)系。圖2為軟件的結構框圖。

圖2數據采集軟件結構框圖

3.1 Visual BASIC對底層硬件的訪(fǎng)問(wèn)

　　現實(shí)中經(jīng)常會(huì )對控制系統進(jìn)行數據采集或者發(fā)送控制命令，都要求對底層的硬件進(jìn)行操作，但是Visual BASIC沒(méi)有提供直接訪(fǎng)問(wèn)底層硬件的控件和方法，只能通過(guò)調用動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL或者使用AetiveX控件來(lái)讀寫(xiě)存儲器單元、端口，甚至控制硬件中斷。下面主要介紹使用Visual c++6.0編寫(xiě)數據采集函數的動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL的過(guò)程。

　　動(dòng)態(tài)鏈接庫雖然是一個(gè)可執行模塊，但它并不能直接運行，它只是提供一組函數供Windows應用程序或其他動(dòng)態(tài)鏈接庫調用，以完成其特殊任務(wù)。在使用Visual c++6.0創(chuàng )建DLL后會(huì )生成三個(gè)文件，*.cpp，stdafx.cpp，stdafx.h，只需在stdafx.cpp中將程序入口函數DLLMain()補全，加入自定義的功能函數，并新建*.DEF模塊定義文件，將自定義的功能函數在此文件中一一輸出。其中，DllMain函數是Win32 DLL的入口和出口點(diǎn)。在每次裝入或卸載DLL時(shí)，Windows 9x調用該函數，主要用來(lái)完成一些初始化任務(wù)，或在DLL卸載之前，Windows調用該函數做一些必要的釋放資源等清除工作。值得注意的是，DLL的調用約定共有4種方式：_fastcall、_pascal、_stdcall、_cdecl，vc++默認調用方式為_(kāi)cdecl，而VB默認調用方式則為_(kāi)stdcaU，因此必須限定調用方式，即將函數定義為如下格式：

　　extern“C" _declspec(dllexport)函數返回數據類(lèi)型>_std-call函數名[參數列表]。

　　只有做這樣的限定后，生成的DLL庫才不會(huì )出現錯誤。

3.2利用VB調用動(dòng)態(tài)鏈接庫

　　在VB中調用動(dòng)態(tài)鏈接庫之前，VB要求必須在窗體或模塊的聲明中定義所要調用的函數，否則VB不能識別所調用的動(dòng)態(tài)鏈接庫。

　　如果調用的動(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數無(wú)返回值，則將其聲明為過(guò)程：

　　Declare Sub 過(guò)程名 lib“.DLL庫名” (Byval參數As類(lèi)型)

　　如果調用的動(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數有返回值，則將其聲明為函數：

　　Declare Function 函數名 lib“.DLL庫名” (Byval參數As類(lèi)型) a8類(lèi)型

　　具體到本數據采集系統的端口操作函數及A/D轉換函數，其聲明方式如下：