基于LabVIEW的汽車助力轉向控制系統設計

基于LabVIEW的汽車助力轉向控制系統設計

引言

　　汽車助力轉向系統經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。目前電動助力轉向系統(EPS)是汽車工程領域的熱門課題之一，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。電動助力轉向系統具有部件少、結構簡單、便于安裝及維護等特點，它是通過電機控制轉矩機構實現助力轉向的。EPS控制系統可根據路況及車況調整、控制電機的助力(或阻尼)狀態,大大提高駕駛的轉向舒適性。LabVIEW因其具有突出的優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

　　電動助力轉向是在人工機械系統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向。電動助力是由電機的電氣控制來實現對電機的控制，為了分析電機驅動系統的好壞，

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

　　基于LabVIEW的汽車電動助力轉向系統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、信號采集調理電路和計算機虛擬儀器，很大程度上決定著電動助力轉向系統的控制效果。

　　EPS系統的運行過程是：汽車處于起動或者低速行駛狀態時，操縱轉向盤轉向，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，并將此信號與車速信號同時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向，電動機經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。同時轉矩信號T和電流信號I經過信號調理以后通過RS-232串口通訊方式輸入計算機的LabVIEW虛擬儀器控制程序，進行系統性能綜合測試。

　　圖1　汽車助力轉向系統結構簡圖

　　系統設計

　　程序模塊圖

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

　　圖2 汽車助力轉向系統的設計框圖

　　本系統采用一個自制的基本輸入輸出系統來模擬電動助力轉向裝置(EPS)，車速用基本輸入輸出系統產生的脈沖來模擬，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節。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的輸出電壓來模擬，該電壓可以通過電位器來調節。

　　系統流程圖

　　系統是基于LabVIEW設計的，主要的運行次序和循環結構都由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 汽車助力轉向系統的程序流程圖

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

　　圖4 基于LabVIEW的汽車助力轉向系統測試主界面

　　圖5 基于LabVIEW的汽車助力轉向系統程序登陸界面

　　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，研究開發了基于LabVIEW的汽車電動助力轉向性能虛擬測試系統, 該系統人機接口友好，運行穩定可靠，其使用大大縮短了測試時間，提高了工作效率，可以滿足現代化生產對測試的要求。