基于LabVIEW的汽車助力轉向控制系統(tǒng)設計

　　引言

　　汽車助力轉向系統(tǒng)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(tǒng)(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(tǒng)的控制規(guī)則和硬件控制器的設計。電動助力轉向系統(tǒng)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(tǒng)可根據路況及車況調整、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(tǒng)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(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向系統(tǒng)的全面監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)的控制效果。

　　EPS系統(tǒng)的運行過程是：汽車處于起動或者低速行駛狀態(tài)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(tǒng)性能綜合測試。

　　圖1　汽車助力轉向系統(tǒng)結構簡圖

　　系統(tǒng)設計

　　程序模塊圖

　　汽車助力轉向系統(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)行機構模塊(見圖2)。

　　圖2 汽車助力轉向系統(tǒng)的設計框圖

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