車輛工程畢業(yè)設計（論文）電動助力轉向ECU激勵信號系統設計【單獨論文不含圖】

《車輛工程畢業(yè)設計（論文）電動助力轉向ECU激勵信號系統設計【單獨論文不含圖】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《車輛工程畢業(yè)設計（論文）電動助力轉向ECU激勵信號系統設計【單獨論文不含圖】（33頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 摘 要 本設計介紹了電動助力轉向ECU激勵信號系統的組成，對系統的結構與工作原理進行了分析和研究，建立了系統軟件與硬件連接線路圖，并繪制了不同車速下扭矩與電機輸出電流之間的曲線關系圖。 在硬件方面，對系統中的數據采集卡、電壓放大器和ECU進行了分析和選擇；在軟件方面，利用LABVIEW軟件模擬產生車速信號和扭矩信號。信號通過數據采集卡輸送到ECU內，ECU通過內部的計算后輸出電流給電機，使電機執(zhí)行相應的助力。 最后，本設計進行了電動助力轉向ECU激勵信號系統的試驗，試驗結果表明，激勵信號設計是合理的，取得的結果符合汽車行駛時的工況。 單獨論文不含圖，加1538

2、93706 關鍵詞：LABVIEW虛擬儀器；ECU激勵信號；數據采集卡；ECU；轉向助力 ABSTRACT This design introduces the electric power steering system components of ECU stimulus, the system structure and working principle of the analysis and research, a system software and hardware connect

3、ion circuit diagram, and draws a different speed and the motor output torque under the current diagram between the curves. On the hardware side, the system of data acquisition card, voltage amplifier and ECU were analyzed and choice; on the software side, the use of LABVIEW software, analog sig

4、nals generated speed and torque signal. Signals transmitted to the ECU data acquisition card inside, ECU calculated by the internal output current to the motor, the motor implementation of appropriate help. Finally, the design of the electric power steering system ECU stimulus tests, test resul

5、ts show that the excitation signal design is reasonable, consistent with the results obtained when the vehicle driving conditions. Keywords: LABVIEW virtual instrument； ECU excitation signal；Data acquisition card；ECU；Steering 朗讀 顯示對應的拉丁字符的拼音 III 目 錄 摘要.…………………………………………

6、……………………………………….………………....Ⅰ ABSTRACT………………………………………………………………………………………....Ⅱ 第1章 緒論 1 1.1研究電動助力轉向ECU激勵信號系統的目的和意義 1 1.2電動助力轉向系統的優(yōu)點 1 1.2.1電動助力轉向的優(yōu)點 1 1.2.2電動助力轉向ECU激勵信號系統的優(yōu)點 2 1.3電動助力轉向系統的國內外發(fā)展現狀 3 1.4本設計研究的內容 4 第2章 電動助力轉向ECU激勵信號系統 ….6 2.1電動助力轉向ECU激勵信號系統的組成 6 2.2電動助力轉向ECU激勵信號系統的結構 6 2.3

7、電動助力的理論分析..................................................................................................7 2.3.1 引言 7 2.3.2 EPS典型助力曲線 7 2.4本章小結 9 第3章 硬件的設計 10 3.1電動助力轉向ECU激勵信號系統的總體結構 10 3.2數據采集卡 11 3.3信號放大器的設計 12 3.3.1 芯片的選擇 12 3.3.2 驅動電路的設計 13 3.4 本章小結 14 第4章 電動助力轉向ECU激勵信號的生成 15 4.1

8、 LABVIEW的簡介 15 4.2 信號的生成 16 4.3本章小結 19 第5章 實驗分析 21 5.1 簡介 21 5.2 實驗儀器 21 5.3扭矩與電動機助力電流的理論關系……………………………………………….21 5.4 實驗過程 22 5.5實驗結果 24 5.6本章小結 24 結論 25 參考文獻 26 致謝 28 附錄A 外文文獻 29 附錄B 外文文獻的中文翻譯 32 第1章 緒 論 1.1研究電動助力轉向ECU激勵信號系統的目的和意義 隨著社會生活水平提高和消費者需求多樣化,現代汽車的性能和配置不斷地

9、提高,增加了汽車工程測試的復雜程度。汽車工程測試中,經常需要測量多種信號并進行分析,如車速、轉向盤轉角、橫擺角速度、側傾角、俯仰角、橫向加速度、縱向加速度、車體變形、電壓、電流、溫度、CAN總線信號、油液壓力、真空度等。一方面,汽車工程測試不斷向著多物理量、高精度、大數據量、自動化的方向發(fā)展,另一方面,傳統儀器由于功能固化、數據處理及分析能力差、存儲數據量少等原因,越來越難以滿足現代化汽車測試的需要。為了方便ECU的開發(fā)與測試，除了真實的汽車環(huán)境外，往往還需要些模擬的汽車環(huán)境用于ECU實驗室階段的開發(fā)和測試。汽車電動助力轉向ECU激勵信號系統的開發(fā)主要使用各種信號模擬系統產生各種真實的電動助力

10、轉向信號（例如方向盤扭矩信號和車輪車速信號）來驅動ECU的正常工作。而現在ECU激勵信號系統還利用了VI公司的LABVIEW虛擬儀器技術，開發(fā)上位機操作界面，通過USB與數據采集卡連接，上位機可以很好的實現系統各種信號的顯示和控制。 電動助力轉向ECU激勵信號系統就是用LABVIEW軟件生成的信號模擬實際通過傳感器得到的信號（如車速信號，扭矩信號），并將生成的信號通過數據采集卡送給ECU，ECU通過內部的運算后送給電動機一個適當的電流，從而控制電動機的助力大小。 電動助力轉向ECU激勵信號系統的作用主要是通過調節(jié)信號的大小來測量出電動機輸出端電流值，繪制出同一車速下，不同扭矩與電動機輸出電

11、流之間的曲線圖，在與理論分析得到的扭矩—電動機輸出電流曲線圖進行對比，從而檢測電動助力轉向系統。 汽車電動助力轉向系統是改變和保持汽車行駛方向的裝置，它直接影響了汽車的操控性和穩(wěn)定性，是汽車的重要性能之一。 1.2電動助力轉向系統的優(yōu)點 1.2.1電動助力轉向的優(yōu)點 1．提高了汽車的操縱性能 EPS能在各種行駛工況下提供最佳助力，減少由路面不平所引起的對轉向系統的擾動，改善汽車的轉向特性，減小汽車低速行駛時的轉向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉向穩(wěn)定性，進而提高汽車的主動安全性。并且可通過設置不同的轉向力特性來滿足不同對象使用的需要，提高了低速時的轉向輕便性。該系統由電動機直接提供轉向

12、助力，特別是在停車時，可獲得最大的轉向動力。 2．提高了汽車的燃油經濟性和減少對環(huán)境的污染 裝有電動轉向系統的車輛和裝有液壓助力轉向系統的車輛對比實驗表明，在不轉向情況下、裝有電動轉向系統的車輛燃油消耗降低％，在使用轉向情況下，燃油消耗降低了％。同時EPS沒有液壓回路，不存在滲油的問題，因而減少了對環(huán)境的污染。 3．增強了轉向跟隨性和可靠性 在EPS系統中，電動機與助力機構直接相連以使其能量直接用于車輪的轉向。這樣增加了系統的轉動慣量，電機部分的阻尼也使得車輪的反轉和轉向前輪擺振大大減小。因此轉向系統的抗擾動能力大大增強。 4．質量更輕、結構更緊湊 該系統由電動機直接提供轉向助力，

13、在停車時，也可以獲得最大的轉向助力。同時省去了液壓動力轉向系統所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、密封件、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪等，其零件比HPS大大減少，因而其質量更輕、結構更緊湊，在安裝位置的選擇方面也更容易，裝配自動化程度更高，維修更簡單。同時由于液壓油在低溫時的粘度很大，存在低溫時必須有個加溫的過程，而EPS可以在-40℃以下很好地工作，基本上不存在受溫度影響的問題。 1.2.2電動助力轉向ECU激勵信號系統的優(yōu)點 （1）模擬產生各種信號 主要是利用NI公司的LABVIEW軟件，通過對所需的信號編程，產生信號（正弦波，脈沖波，三角波等），然后將信號的波形通過DAQ輸送

14、出去，通過調節(jié)控制旋鈕來改變輸出信號的大小，從而達到檢測系統的效果。 （2）信號輸出簡單 NI公司LABVIEW虛擬儀器技術的信號產生與輸出是一起的，他主要是通過數據采集卡(DAQ)的USB端口與電腦連接，然后另一端作為輸入端與所需要的儀器連接到一起，進而將信號輸入。尤其注意的是，如果輸出信號的電壓與接收儀器的允許電壓不相符合，那將連接一個電壓調節(jié)器，將輸入電壓調節(jié)到一起所允許的范圍內。 （3）實現對電動助力轉向系統的檢測 電動助力轉向ECU激勵信號系統主要的影響信號有2種：車速信號和扭矩信號。連接的線路如下：產生的信號→數據采集卡→電壓調節(jié)器→ECU→電機。ECU是用已經

15、編好的程序，他將對輸送過來的信號進行計算，然后輸送一個電流給電動機，電動機接收信號后會按照命令進行運轉。我們可以調節(jié)信號旋鈕來觀察電機的運行狀況，從而檢測ECU。 1.3電動助力轉向系統的國內外發(fā)展現狀 在國外，各大汽車公司對汽車助力轉向系統的研究有20多年歷史，隨著近年來電子控制技術的成熟和成本的降低，EPS越來越受到人們的重視，并以其具有傳統動力轉向系統不可比擬的優(yōu)點，迅速邁向了應用領域。 自1953年美國通用汽車公司在別克轎車上使用液壓動力轉向系統以來，液壓動力轉向系統給汽車到來了巨大的變化，幾十年來的技術革新使液壓動力轉向技術發(fā)展異常迅速，出現了電控式液壓助力轉向系統。1988

16、年2月日本鈴木公司首先在其Cervo車上裝備了EPS，隨后又應用在Alto汽車上，1993年本田汽車公司在愛克NSX跑車上裝備EPS并取得了良好的市場效果；1999年奔馳和西門子公司開始投巨資開發(fā)EPS。上世紀九十年代初期，日本鈴木，本田，三菱，美國Delph汽車公司，德國ZF等公司相繼推出了自己的EPS,并裝配在Ford Fiesta和Mazda323F等車上，此后EPS技術得到了飛速的發(fā)展。 經過20幾年的發(fā)展，EPS技術日趨完善。其應用范圍已經從最初的微型轎車向更大型轎車和商用客車 方向發(fā)展，如本田的Accord和菲亞特的Punto等中型轎車已經安裝EPS，本田甚至還在其Acura N

17、SX賽車上裝EPS。EPS的助力型式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式與功能也進一步加強。日本早期的EPS僅僅在低速和停車時提供助力，高速時EPS將停止工作。新一代的EPS則不僅在低速和停車時提供助力，而且還能在高速時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。由 Delphi為Punto車開發(fā)的EPS屬全速范圍助力型，并且 首次設置了兩個開關，其中一個用于郊區(qū)，另一個用于市區(qū)和停車。當車速大于70km/h后，這兩種開關設置的程序則是一樣的，以保證汽車在高速時有合適的 路感。這樣即使汽車行駛到高速公路時駕駛員忘記切 換開關也不會發(fā)生危險。市區(qū)型開關還與油門相關， 使得在踩油門加速和松油門減速時，

18、轉向更平滑。 在國內，1992年清華大學開始設計EPS的相關研究工作，隨后吉林大學、武漢理工大學、華中科技大學、同濟大學、華南理工大學、江蘇大學、合肥工業(yè)大學等院校和科研單位紛紛開展了EPS的研究，此外，電子行業(yè)中的不少科研部門和生產廠家也紛紛介入EPS研究領域。2000年，昌河北斗汽車率先裝配EPS，對國內EPS的研究，器到了推波助瀾的作用。之后，廣本飛度、上海大眾途安、一汽-大眾凱迪、哈飛路寶、吉利等車型，也紛紛裝配了EPS。中國南方航空動力機械公司的DFL系列已經進入小批量生產，吉利汽車集團開發(fā)的具有自主知識產權的EPS產品也已經裝備在其吉利豪情等系列轎車上。一汽轎車也準備安裝國產電動

19、轉向器，正在尋求有實力的合作伙伴。重慶的長安鈴木、長安福特的代表也參加了電動轉向標準會議尋找合作伙伴，準備在其生產的新車型中試裝電動轉向器，如廣州本田飛度轎車2003年銷售1.66萬輛，占全國1.3-1.6L的轎車銷售量30.5萬輛的5.4%市場份額。說明齒輪齒條式的電動助力轉向器產品已逐漸打開了市場。2007轎車銷量在200多萬輛，的轎車銷量在50-60萬輛左右，說明裝配電動助力轉向器產品的市場潛力還是很大的。目前21個汽車廠家的43給我品種均可安裝電動助力轉向器產品。這些廠家分別是：重慶長安、奧拓、領養(yǎng)、吉利、美日豪情、奇瑞QQ、天津豐田、威馳、悅達起亞、千里馬、東南汽車、菱帥?？梢灶A測到

20、2010年末我國適合安裝的轎車有140萬輛，微型和輕型卡車包括皮卡有40萬輛，電動轉向器的需求大約共為180萬套。 電動助力轉向系統是在傳統機械轉向系統的基礎上發(fā)展起來的。它利用電動機產生的動力來幫助駕駛員進行轉向操作，系統主要由三大部分構成，信號傳感裝置（包括扭矩傳感器、轉角傳感器和車速傳感器），轉向助力機構（電機、離合器、減速傳動機構）及電子控制裝置。電動機僅在需要助力時工作，駕駛員在操縱方向盤時，扭矩轉角傳感器根據輸入扭矩和轉向角的大小產生相應的電壓信號，車速傳感器檢測到車速信號，控制單元根據電壓和車速的信號，給出指令控制電動機運轉，從而產生所需要的轉向助力。 1.4 本設計研究的內

21、容 （1）電動助力轉向ECU激勵信號系統的組成、結構 電動助力轉向ECU激勵信號系統主要是將由LABVIEW軟件生成的信號通過數據采集卡送給ECU，然后ECU通過內部運算后輸出適當的電流控制電動機。其線路圖為：產生的信號→數據采集卡→電壓調節(jié)器→ECU→電機。 （2）軟件部分——信號的生成 由于控制電動助力轉向系統的信號太多，例如噪音，溫度，車輪轉速，車速，扭矩等。對于初學者來說，將所有的信號全部產生并輸送給控制模塊這個過程有點復雜，難度相對較大，所以我就選擇2個主要的信號（車速信號和扭矩信號）作為控制信號來說明如何用NI信號控制與檢測電動助力轉向系統。 （3）硬件

22、部分——電壓放大器的制作 用LABVIEW軟件產生的信號，其信號電壓與儀器的接收信號的電壓必須相符合，然而經由數據采集卡USB608輸出的信號電壓為5V，吉利控制模塊接受的電壓為12V，所以應該設計一個電壓放大器，將數據采集卡的輸入信號電壓放大后再輸送給吉利控制模塊，使其能夠接收。 （4）實驗檢測 實驗檢測部分主要是將電路連接好之后，控制車速值分別為某一定值（如2km/h,15km/h和45km/h）,調節(jié)扭矩值由Nm逐漸變化，繪制出實際的扭矩—電動機輸出電流曲線圖，在與理論分析得到的扭矩—電動機輸出電流曲線圖對比，如果曲線一致，則電動助力轉向系統完好；如果不一致，則需檢查系統。

23、 第2章 電動助力轉向ECU激勵信號系統 2.1電動助力轉向ECU激勵信號系統的組成 電動助力轉向ECU激勵信號系統主要分為2部分，硬件設計與軟件的編程。硬件設施主要包括USB-6008型號的數據采集卡、采用LM324芯片設計的反向電壓放大器和吉利數控模塊；軟件部分主要是通過對LABVIEW軟件的編程，生成2種控制信號，即車速信號和扭矩信號。然后將軟件與硬件連接起來，通過控制信號的大小來檢測電動助力轉向系統的好壞。 2.1電路連接圖 2.2電動助力轉向ECU激勵信號

24、系統的結構 電動助力轉向ECU激勵信號系統主要由數據采集卡、電壓放大器、數控模塊和電機組成。 （1）數據采集卡：數據采集卡的作用是將LABVIEW產生的信號通過自身的輸入、輸出通道傳遞給數控模塊。 （2）電壓放大器：電壓放大器的任務就是將由數據采集卡出來的5V的車速信號放大到12V。 （3）ECU：ECU主要是接收所有的信號，然后通過內部的程序計算出輸出的電流傳給電機，實現轉向助力。 （4）電動機：EPS的動力源是電動機，通常采用無刷永磁式直流電動機，其功能是根據ECU的指令產生相應的輸出矩轉。 2.3 電動助力轉向系統的理論分析 2.3.1 引言 配備電動助力裝置的汽車轉向系

25、統，應盡量不悖于駕駛員原有的駕駛習慣，這樣駕駛員才能在轉向時得心應手。轉向驅動力矩與助力矩之間的理想關系應具備以下幾點： （1）在轉向驅動力矩很小的區(qū)域內希望助力矩越小越好，甚至不施加助力，以便保持較好的路感和節(jié)約能源。 （2）在低速行駛低速轉向過程中，為使轉向輕便，降低駕駛員勞動強度，助力效果應當明顯。 （3）原地轉向時的轉向阻力矩相當大，此時應盡可能發(fā)揮較大的助力轉向效果，且助力矩增幅應較大。 （4）隨著車速的增升高，轉向驅動力矩很小時不助力的區(qū)域應增大。 （5）原地轉向時，助力矩增加到一定值時應保持恒定，以免助力電動機因負荷過大而出現故障。 （6）形式轉向時，助力矩增加到一定

26、值時也應保持恒定，以便駕駛員駕駛時可以明顯感到路面反力的增加，知道安全駕駛。 （7)高速行駛時停止助力，以便駕駛員獲得良好的路感，保證行車安全。 （8）助力矩不能大于同工礦下無助力時的轉向驅動，即助力矩應小于轉向阻力局，否則將出現“打手”現象。 （9）各區(qū)段過度要平滑，以避免操舵力出現跳躍感。 2.3.2 電動助力轉向系統典型的助力曲線 EPS的助力特性具有多種曲線形式，圖2.2為三種典型的EPS助力特性曲線。這里將圖中助力曲線分為三個區(qū)，0≤≤區(qū)為無助力區(qū)，≤≤區(qū)為助力變化 圖2.2 EPS典型助力曲線 （1）直線型助力特性 圖2.2.a為直線型助力特性曲線，它的特點是在

27、助力變化區(qū)，助力與方向盤扭矩成線性關系。該助力特性曲線可以用下列函數表示 （2.1） 式中，I為電機的目標電流；Imax為電機工作的最大電流；為方向盤的輸入扭矩；為助力特性曲線的斜率，隨車速增加而減小；為轉向系統開始助力時的方向盤輸入扭矩，為轉向系統提供最大助力時的方向盤輸入扭矩。 （2）折線型助力特性 圖2.2.b所示為典型的折線型助力特性曲線，它的特點是在助力變化區(qū)，助力與方向盤扭矩成分段型關系，該助力特性曲線可以用下列函數表示。 （2.2） 式中，，分別為助力特性曲線的斜率，隨車速增加而減??；為

28、助力特性曲線梯度由變?yōu)闀r的方向盤輸入扭矩。 （3）曲線型助力特性 圖2.2.c為典型曲線型助力特性曲線，它的特點是在助力變化區(qū)，助力與方向盤輸入扭矩成非線性關系，該助力特性曲線用以下函數表示。 （2.3） 比較上述三種助力特性曲線，直線型助力特性最簡單，有利于控制系統設計，并且在實際中調整容易；曲線型助力特性曲線有利于實現連續(xù)、均勻助力，但控制復雜、調整不方便；折線型助力特性則介于兩者之間，從設計、調整和實用的角度看，采用直線型助力特性可以基本滿足實際需要。 2.3本章小結 本章主要介紹了電動助力轉向

29、ECU激勵信號系統的組成、結構，通過理論分析，確定了在一定車速下的電動機的助力大小。 第3章 硬件的設計 3.1電動助力轉向ECU激勵信號系統的總體結構 電動助力轉向ECU激勵信號系統大體上是由LABVIEW產生的信號、數據采集卡、數控模塊和驅動部分組成，總體的框圖如圖3.1所示。 圖3.1 總體布置框圖 3.2數據采集卡 數據采集機構采用LABVIEW配套的數據采集卡，數據的采集和反饋都經過數據采集卡，數據的通訊通過數據采集卡與計算機相連，直接與軟件建立聯系。 試驗信號采集系統采

30、用USB-6008USB總線便攜式多功能數據采集產品。用于USB的12位, 10 k/s多功能數據采集卡8路12位模擬輸入通道, 12條DIO線, 2路模擬輸出, 1個計數器若需更高性能, 可參考NI USB-6210和NI USB-6211方便而易于攜帶的總線供電型設計獲取用于OEM的僅含板卡的套件可用于Windows、Mac OS X、Linux和Pocket PC的驅動軟件NI-DAQ驅動軟件和NI LABVIEW Signal Express交互式數據記錄軟件。 NI USB-6008具有基本的數據采集功能，其應用范圍包括簡單的數據記錄、便攜式測量和學術機構的實驗室試驗。 該產品價位

31、適于學生購買，但其強大的功能足以用于更為復雜的測量應用。 NI USB-6008帶有現成的數據記錄軟件，能在數分鐘內開始基本的測量應用；也可使用LABVIEW或C及自帶的NI-DAQ Base測量服務軟件，為用戶自定義的測量系統編程。NI開發(fā)了含有LABVIEW學生版副本的USB-6008學生套件，為仿真、測試和自動化的理論性課程補充了實踐性實驗。上述套件僅供學生使用，是功能優(yōu)、價格低、實踐性強的學習工具。 圖3.2 USB-6008數據采集卡 圖3.3 USB

32、-6008數據采集卡引腳圖 選擇理由：NI USB-6008數據采集卡具有基本的數據采集功能，能夠滿足電動助力轉向硬件在環(huán)仿真實驗的數據采集任務，而且也具備功能優(yōu)、價格低、實踐性強的特點。 3.3 信號放大器的設計 3.3.1 芯片的選擇 LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，他們有一些顯著優(yōu)點.該四放大器可以工作在低到3.0V或者高到32V的電源下，靜態(tài)電流為MC1471的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引腳，其中“

33、+”“-”為兩個信號的輸入端，“”“”為正負電源端。“”為輸出端。兩個信號輸入端中，為反向輸入端，表示運放輸出端的信號與該輸入端的位反向；為同向輸入端，表示運放輸出端的信號與該輸入端的相位相同。 LM324的引腳圖如下： 圖3.4 LM324引腳圖 LM324的特點：1.短路保護輸出 2.真差動輸入級 3.可單電源工作：3-32V 低偏置電流：最大100nA 4.具有內部補償的功能 5.輸入端有靜電保護功能 6.行業(yè)標準的引腳排列 3.3.2 驅動電路的設計 同相輸入比例運算放大器 如果輸入信號從同相輸入端引入的運算，便是同相運算。

34、 圖3.5同相比例運算放大器電路圖 如圖：3.5是同相比例運算電路，根據理想運算放大器工作在線性區(qū)的分析依據： (3.1)

35、 （3.2） 由圖3.5可列出 （3.3） （3.4） 由此得出 （3.5） 閉環(huán)電壓放大倍數則為 （3.6） 可見與間的比例關系也可以認為與運算放大器本身的參數無關，其精度和穩(wěn) 定性都很高。式中為正值，這表示與同相，并且總是大于或等于1，這

36、點和反比例運算不同。 當或者時，則 （3.7） 這就是電壓跟隨器。 本設計的電壓放大倍數為 所以 3.4 本章小結 本章主要介紹了電動助力轉向ECU激勵信號系統的硬件連接，對其硬件進行講解，主要包括對USB-6008數據采集卡各引腳功能的介紹、反相放大器在LM324芯片上的連接電路圖等。 第4章 電動助力轉向ECU激勵信號的生成 4.1 LABVIEW的簡介 20多年前，美國國家儀器公司NI（Nation

37、al　Instruments）提出“軟件即是儀器”的虛擬儀器（VI）概念，引發(fā)了傳統儀器領域的一場重大變革，使得計算機和網絡技術得以長驅直入儀器領域，和儀器技術結合起來，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。 所謂虛擬儀器，實際上就是一種基于計算機的自動化測試儀器系統。虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量，控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現對數據的顯示、存儲以及分析處理。從發(fā)展史看，電子測量儀器經歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器，由于計算機性能以摩爾定律（每半年提高一倍）飛速發(fā)展，已把

38、傳統儀器遠遠拋到后面，并給虛擬儀器生產廠家不斷帶來較高的技術更新速率。虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀70年代，那時計算機測控系統在國防、航天等領域已經有了相當的發(fā)展。PC機出現以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經在Macintosh計算機上推出了LABVIEW2.0以前的版本。對虛擬儀器和LABVIEW長期、系統、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權威。目前LABVIEW的最新版本為LABVIEW2009，LABVIEW 2009為多線程功能添加了更多特性，這種特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LABVIEW軟件，用戶

39、可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數據流編程特性、LABVIEW Real-Time工具對嵌入式平臺開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設計的軟件層次，是進行并行編程的首選。 LABVIEW程序又稱為虛擬儀器，它的表現形式和功能類似于實際的儀器；但LABVIEW程序很容易改變設置和功能。因此，LABVIEW特別適用于實驗室、多品種小批量的生產線等需要經常改變儀器和設備的參數和功能的場合，及對信號進行分析研究、傳輸等場合。 總之，由于LABVIEW能夠為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠將繁瑣復雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能

40、連接起來，十分省時簡便，深受用戶青睞。與傳統的編程語言比較，LABVIEW圖形編程方式能夠節(jié)省85％以上的程序開發(fā)時間，其運行速度卻幾乎不受影響，體現出了極高的效率。使用虛擬儀器產品，用戶可以根據實際生產需要重新構筑新的儀器系統。例如，用戶可以將原有的帶有RS232接口的儀器、 VXI總線儀器以及GPIB儀器通過計算機，聯接在一起，組成各種各樣新的儀器系統，由計算機進行統一管理和操作。 4.2信號的生成 本設計最主要的就是利用LABVIEW編程產生的信號代替通過傳感器產生的信號,然后將產生的信號通過數據采集卡送給ECU，ECU經過判斷對助力電機進行控制，給駕駛員提供合適的助力。 一個LA

41、BVIEW是由前面板和程序框圖組成的。前面板是用戶接口，用于向程序中輸入各種控制參數，并以數字或圖形等各種形式輸出測試結果?？梢园阉胂鬄閭鹘y一起的面板，面板上自然會有表頭、按鈕、撥盤等各種元件。程序框圖是程序的源代碼,可以把它想象為傳統儀器里用來實現儀器功能的零部件。 信號模擬輸出的過程： (1) USB-6008數據采集卡通過USB與計算機連接，驅動完成之后，打開LABVIEW軟件，創(chuàng)建DAQ助手。如圖4.1 4.1 NI-DAQ圖 (2) 選擇生成信號→模擬輸出→電壓后，單擊完成，在彈出的面板上選擇信號的輸出通道和。如圖4.2 4.2DAQ通道設置圖 (3) 調節(jié)信號

42、的生成模式為連續(xù)采樣，測試信號類型為正弦波，然后單擊確定。 (4) 通過仿真信號生成車速信號，用正弦波表示。如圖4.3 4.3 車速仿真信號圖 (5) 通過仿真信號生成扭矩信號，用方波表示。如圖4.4 4.4 扭矩仿真信號圖 (6)設定車速信號與扭矩信號的幅值為1、相位為0。車速信號的頻率設定為50，扭矩信號的頻率設定為10。如圖4.5 4.5 車速信號與扭矩信號圖 (7)在程序面板上創(chuàng)建2個選擇信號，分別選擇車速信號與扭矩信號的輸出通道AO0和AO1。如圖4.6 4.6選擇信號圖 (8)將2個選擇信號合并后與DAQ助手的數據端連接，加入While循環(huán)后，程序

43、設計完成。如圖4.7 4.7信號輸出程序框圖 程序設計完成之后，車速信號從數據采集卡的端輸出，扭矩信號從數據采集卡的端輸出，我們可以通過調節(jié)前面板的車速值與扭矩值來改變送入ECU內部的信號電壓的大小，從而控制電動機的助力大小。 4.3 本章小結 本章對本設計所應用的軟件LABVIEW進行了簡單的介紹,包括它的歷史，與優(yōu)勢以及使用方法，利用設計中的圖形說明本設計的設計過程，通過調節(jié)車速值和扭矩值來控制輸出波形，使ECU接收到不同的波形，ECU通過內部計算后送給電動機一個合理的助力電流，通過理論電流與實際電流的對比，達到檢測系統的目的。

44、 第5章 試驗分析 5.1 簡介 本設計在理論分析的基礎上，為驗證電動助力轉向系統的實際效果同時也為控制系統的研究和開發(fā)的方便，進行了硬件在環(huán)仿真實驗。分別對ECU進行了在不同車速條件下方向盤轉矩和電機助力之間的關系實驗，例如通過LABVIEW軟件控制車速信號的值分別為2km/h、15km/h和45km/h，然后在任一車速下調節(jié)扭矩值，由Nm,用萬用表來測出電動機輸出端得電流大小。如果電流的變化與理想的轉矩-電動機助力目標電流圖相符合，則證明電動助力轉向系統完好。 5.2 實驗儀器 筆記本一臺

45、 ,USB-6008數據采集卡 ,電壓放大器, ECU ,吉利轎車 ,萬用表 ,電路連接線若干。 5.3轉矩—電動機助力電流的理論關系 助力控制是汽車在低速行駛過程中進行轉向時，為減輕轉向盤的操縱力，使其轉向操縱輕便，靈敏，可通過減速機構把電動機轉矩作用到機械轉向系統上的一種基本控制模式。該模式是利用電動機轉矩和電動機電流成比例的特性，由轉向盤轉矩傳動器檢測的轉矩信號和車速傳感器檢測的車速信號輸入控制器中，根據預算的不同車速下“轉矩—電動機助力電流圖”（圖5.1），確定出電動機助力的目標電流。 圖5.1 轉矩-電動機助力電流圖 當轉向盤力矩的值小于

46、1Nm時，電動機電流為0，即電機無助力扭矩輸出，這樣就有效的消除了由于系統太過敏感而導致來自于車輪或系統干擾輸入而對車輛的操作穩(wěn)定性和轉向路感造成不利影響。當轉向盤力矩的值大于1Nm、車速低于80km/h時，電機電流隨著轉向盤扭矩的增加而增加，即輸出助力扭矩隨著轉向盤扭矩的增加而增加；當車速超過80km/h時，此時不需要進行助力控制，助力電機停止工作，并與電磁離合器處于脫離狀態(tài)。當轉向盤輸入力矩大于某一設定值（如車速在km/h時設定值為8Nm、車速在km/h時設定值為9Nm）,流過電機電流達到最大值，即助力扭矩達到飽和狀態(tài)。車速越低、助力越大；車速越高、助力越小。當車速大于一定值時，取消助力，

47、將電動機反接制動，使汽車高速行駛時方向感沉穩(wěn)，行駛安全。 5.4 實驗過程 （1）打開計算機，運行編輯的程序，檢驗產生的信號是否正常運行。 （2）將USB-6008數據采集卡與電腦連接，然后啟動MER軟件，此時數據采集卡的紅燈亮則表示數據采集卡已經與電腦連接，然后將產生的車速信號和扭矩信號分別通過數據采集卡的A0端和A1端輸出。 （3）由于ECU接收的車速信號電壓為12V，轉矩信號電壓為5V，而通過數據采集卡輸出的電壓為5V，所以需要將車速信號的電壓放大后輸出給ECU。將數據采集卡的A0端連接已經設計好的電壓放大器的輸入端,其輸出端作為信號的輸入端。 （4）觀察吉利汽車ECU的引腳

48、圖，找到車速信號引腳和扭矩信號引腳分別為A5、B4,用電路連線從引腳處引出2跟線作為信號的接收端，然后將USB-6008的A1通道與扭矩信號連線連接，電壓放大器的輸出端與車速信號連線連接。 圖5.2 數控模塊的引腳圖 （5）通過LABVIEW軟件對車速信號值進行控制，車速信號的值分別為2km/h,15km/h，45km/h。在車速信號值為2km/h時，調節(jié)扭矩信號值，通過萬用表測出電機電流的變化，繪制扭矩與電機電流的關系曲線，如圖5.2,車速在2km/h,在輸入扭矩小于1Nm時，電動機不助力；大于1Nm后，輸入扭矩越大，電動機輸出扭矩越大，電流也越大；到輸入扭矩為8Nm以后，電動機輸出

49、扭矩恒定不變，電流也恒定不變。 圖5.3車速值為2km/h時，扭矩與輸出電流之間的關系 如圖5.4，車速在15km/h,在輸入扭矩小于1Nm時，電動機不助力；大于1Nm后，輸入扭矩越大，電動機輸出扭矩越大，電流也越大；到輸入扭矩為9Nm以后，電動機輸出扭矩恒定不變，電流也恒定不變。 圖5.4車速值為15km/h時，扭矩與輸出電流之間的關系 車速在45km/h,在輸入扭矩小于1Nm時，電動機不助力；大于1Nm后，輸入扭矩越大，電動機輸出扭矩越大，電流也越大；到輸入扭矩為9Nm以后，電動機輸出扭矩恒定不變，電流也恒定不變。

50、 圖5.5車速值為45km/h時，扭矩與輸出電流之間的關系 實驗數據表明：同一車速下，隨著方向盤扭矩的增大，電機的轉向助力越來越??；同一扭矩下，隨著車速的增加，電機的轉向助力也越來越小。 5.5實驗結果 1．在零車速下，助力轉向時的方向盤轉矩明顯小于不助力轉向時，說明電動助力轉向系統能夠使駕駛更加輕便、靈活。 2. 繪制出相同車速下，電動助力轉向系統助力值隨方向盤轉矩的增大基本呈線性減?。? 3．在不同的車速下，車速快時的電動助力小于車速慢時的電動助力。 4. 車速很快時，電動機一般不提供助力，保證汽車行駛時的方向穩(wěn)定性。 5.6本章小結 本章主要介紹電動助力轉向控制系統性

51、能。通過各種實驗繪制出實際的扭矩-電動機電流曲線圖，與理論的扭矩-電動機電流曲線對比后判斷ECU系統的好與壞。 結 論 本文對電動助力轉向ECU激勵信號系統進行設計，其中包括軟件編程，硬件設計和電路的連接等幾個環(huán)節(jié)，最終達到通過調節(jié)信號的值來檢驗電動助力轉向系統的目的。通過分析，得到以下主要結論： （1）電動助力轉向ECU激勵信號系統的發(fā)展前景很好：汽車工程測試中,經常需要測量多種信號并進行分析,如車速、轉向盤轉角、橫擺角速度、側傾角、俯仰角、橫向加速度、縱向加速度、車體變形、電壓、電流、溫度、CAN總線信號、油液壓力、真空度等，加大了現代化

52、汽車測試的難度。為了方便ECU的開發(fā)與測試，除了真實的汽車環(huán)境外，往往還需要些模擬的汽車環(huán)境用于ECU實驗室階段的開發(fā)和測試，這就注定ECU激勵信號系統的發(fā)展會將越來越好。 （2）通過運用LABVIEW產生信號檢驗了電動助力轉向系統的好與壞，檢驗了助力特性滿足穩(wěn)定性的要求，理論上驗證了電動助力轉向系統對汽車操縱穩(wěn)定性的影響。 通過對ECU激勵信號設計的研究，本文得到了一些有益的結論，但由于時間和條件的限制，認為還有進一步的工作要做。設計中對LABVIEW的運用還不是很熟練，還需要大量的時間和努力去完成每一個信號對電動助力轉向系統變化的影響，在以后的學習中要不斷加強這方面的研究。

53、 參考文獻 [1] 李書龍.汽車電動助力轉向系統的研究與開發(fā)[D].東南大學，2001:62-65. [2] 劉照.汽車電動助力轉向系統動力學分析與控制方法研究[J].汽車研究與開發(fā)，2003,(2):22-24. [3] 周冬林.電動助力轉向系統仿真及控制系統設計[J].汽車技術，2004,(1)1-2. [4] 張永輝.汽車電動助力轉向系統特性仿真研究[J].汽車科技，，2003,(2)6-8. [5] 姬廣斌.汽車電動助力轉向的系統仿真與控制器設計[J].汽車科技，2001,(4):1-2. [6] 余樹洲.汽車電動助力轉向系

54、統助力特性的仿真研究[M].吉林科學技術出版社，2003:12-17. [7] 徐漢斌.電動轉向器控制系統研究[M].山西科學技術出版社，2003:8-12. [8] 李偉光，李慧祺，王元聰.汽車電動助力轉向系統的現狀與發(fā)展[D].華南理工大學，2003:6-14. [9] 王迅.電動助力轉向系統（EPS）技術現狀與發(fā)展[J].湖南汽車工業(yè)學院學報，1999,(2)8-9. [10] 金釗.基于模糊控制的汽車電動助力轉向系統控制器設計[D].武漢理工大學機電學院，2002,(5):35-38. [11] 郭榮，田晉躍，于英. 工程車輛轉向系統的計算機輔助設計[D].江蘇大學汽車與交通

55、工程學院，2004,(10):9-11. [12] 陳偉.基于ADAMS的電動助力轉向系統助力特性研究[J].農業(yè)裝備與車輛工程，1999:67-69. [13] 郭孔輝.汽車操縱動力學[M].長春：吉林科學技術出版社，2000: 75-77. [14] 余志生.汽車理論[M].第三版.北京：機械工業(yè)出版社，1993,4(2):61-66. [15] 方昌林.液壓氣壓傳動與控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001：30-40 [16] 向鐵明，易際明.電動助力轉向系統特性曲線的設計[J].新南大學報（自然科學版）,2009：20-28 [17] 曹付義，周志立，賈鴻社.履帶車輛液

56、壓機械差速轉向液壓系統動態(tài)仿真[A].中國農業(yè)機械學會2006年學術年會論文集，2006:10-17 [18] 任衛(wèi)群，陳慧鵬、謝彬，宋健.電動助力轉向系統對汽車操縱穩(wěn)定性的影響[J].華中科技大學學報，2008，3（2）：15-31 [19] Yoon W J,Reinhall P G,Seibel E J.Analysis of electro active polymer bending:a component in a low cost ultrathin scanning endoscope[J].Sensors and Actuators A,2007：40-48 [20]

57、管欣，姬鵬、詹軍.液壓助力轉向系統剛度和路感特性分析[J].科學技術與工程，2008：30-36 [21] 孫租明.汽車電動助力轉向系統路感特性分析[J].農業(yè)裝備與車輛工程，2009，4（3）：15-26 [22] 朱錫成.齒輪螺桿式液壓泵及馬達[M].北京：機械工業(yè)出版社，1988：18-30 致 謝 本畢業(yè)設計是在張金柱老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著張老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設計期間，張老師為我提供

58、了種種專業(yè)知識上的指導和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設計。在此向張老師老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這四年中給予了我?guī)椭椭笇У乃欣蠋煴硎居芍缘闹x意，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現，順利完成畢業(yè)設計。 同時，我還要感謝同組的各位同學，在畢業(yè)設計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。 最后，在畢業(yè)設計過程中，我還參考了有關的書籍和論文，在這里一并向有關的作者表示謝意。 28