【文章內(nèi)容簡介】 車 20xx 年銷售 萬輛，占全國 的轎車銷售量 萬輛的 %市場份額。說明齒輪齒條式的電動助力轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品已逐漸打開了市場。 20xx 轎車銷量在 200 多萬輛， ~ 的轎車銷量在5060 萬輛左右，說明裝配電動助力轉(zhuǎn)向器產(chǎn)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(zhuǎn)向器產(chǎn)品。這些廠家分別是：重慶長安、奧拓、領(lǐng)養(yǎng)、吉利、美日豪情、奇瑞 、天津豐田、威馳、悅達起亞、千里馬、東南汽車、菱帥?？梢灶A(yù)測到 20xx 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(zhuǎn)向器的需求大約共為 180 萬套。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它利用電動機產(chǎn)生的動力來幫助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操作，系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，信號傳感裝置（包括扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感器），轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)（電機、離合器、減速傳動機構(gòu)）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(zhuǎn)角傳感器根據(jù)輸入扭矩和轉(zhuǎn)向角的大小產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，車速傳感器檢測到車速信號，控制單元根據(jù)電壓和車速的信號，給出指令控制電動機運轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)向助力。 本設(shè)計研究的內(nèi)容 （ 1）電動助力轉(zhuǎn)向 ECU激勵信號系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu) 電動助力轉(zhuǎn)向 ECU激勵信號系統(tǒng)主要是將由 LABVIEW軟件生成的信號通過數(shù)據(jù)采集卡送給 ECU，然后 ECU通過內(nèi)部運算后輸出適當?shù)碾娏骺刂齐妱訖C。其線路圖為：產(chǎn)生的信號→數(shù)據(jù)采集卡→電壓調(diào)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的信號太多，例如噪音，溫度，車輪轉(zhuǎn)速，車速，扭矩等。對于初學(xué)者來說，將所有的信號全部產(chǎn)生并輸送給控制模塊這個過程有點復(fù)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(zhuǎn)向系統(tǒng)。 （ 3）硬件部分 —— 電壓放大器的制作 用 LABVIEW 軟件產(chǎn)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(jīng)由數(shù)據(jù)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(yīng)該設(shè)計一個電壓放大器，將數(shù)據(jù)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。 5 （ 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(diào)節(jié)扭矩值由 9~0 N? m 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(zhuǎn)向系統(tǒng)完好；如果不一致，則需檢查系統(tǒng)。 6 第 2 章 電動助力轉(zhuǎn)向 ECU 激勵信號系統(tǒng) 電動助力轉(zhuǎn)向 ECU 激勵信號系統(tǒng)的組成 電動助力轉(zhuǎn)向 ECU 激勵信號系統(tǒng)主要分為 2 部分，硬件設(shè)計與軟件的編程。硬件設(shè)施主要包括 USB6008 型號的數(shù)據(jù)采集卡、采用 LM324 芯片設(shè)計的反向電壓放大器和吉利數(shù)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的好壞。 電路連接圖 電動助力轉(zhuǎn)向 ECU 激勵信號系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 電動助力轉(zhuǎn)向 ECU 激勵信號系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集卡、電壓放大器、數(shù)控模塊和電機組成。 （ 1）數(shù)據(jù)采集卡：數(shù)據(jù)采集卡的作用是將 LABVIEW 產(chǎn)生的信號通過自身的輸入、輸出通道 傳遞給數(shù)控模塊。 7 （ 2）電壓放大器：電壓放大器的任務(wù)就是將由數(shù)據(jù)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(nèi)部的程序計算出輸出的電流傳給電機，實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(jù) ECU 的指令產(chǎn)生相應(yīng)的輸出矩轉(zhuǎn)。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的理論分析 引言 配備電動助力裝置的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，應(yīng)盡量不悖于駕駛員原有的駕駛習(xí)慣，這樣駕駛員才能在轉(zhuǎn)向時得心應(yīng)手。轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩與助力矩之間的理想關(guān)系應(yīng)具 備以下幾點： （ 1）在轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩很小的區(qū)域內(nèi)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(zhuǎn)向過程中，為使轉(zhuǎn)向輕便，降低駕駛員勞動強度，助力效果應(yīng)當明顯。 （ 3）原地轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向阻力矩相當大，此時應(yīng)盡可能發(fā)揮較大的助力轉(zhuǎn)向效果，且助力矩增幅應(yīng)較大。 （ 4）隨著車速的增升高，轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩很小時不助力的區(qū)域應(yīng)增大。 （ 5）原地轉(zhuǎn)向時，助力矩增加到一定值時應(yīng)保持恒定，以免助力電動機因負荷過大而出現(xiàn)故障。 （ 6）形式轉(zhuǎn)向時，助力矩增加到一定值時也應(yīng)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(zhuǎn)向驅(qū)動，即助力矩應(yīng)小于轉(zhuǎn)向阻力局，否則將出現(xiàn)“打手”現(xiàn)象。 （ 9）各區(qū)段過度要平滑，以避免操舵力出現(xiàn)跳躍感。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)典型的助力曲線 EPS 的助力特性具有多種曲線形式，圖 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≤ dT ≤ 0dT 區(qū) 為無助力區(qū)， 0dT ≤ dT ≤ maxdT 區(qū)為助力變化 8 圖 EPS 典型助力曲線 （ 1）直線型助力特性 圖 為直線型助力特性曲線，它的特點是在助力變化區(qū)，助力與方向盤扭矩成線性關(guān)系。該助力特性曲線可以用下列函數(shù)表示 ? ?? ?m a xm a x00m a x000dddddddddTTTTTTTITTVKI?????????? ?? （ ） 式中， I 為電機的目標電流； Imax 為 電機工作的最大電流； dT 為方向盤的輸入扭矩； )(VK 為助力特性曲線的斜率，隨車速增加而減??； 0dT 為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開始助力時的方向盤輸入扭矩， maxdT 為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供最大助力時的方向盤輸入扭矩。 （ 2）折線型助力特性 圖 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(guān)系，該助力特性曲線可以用下列函數(shù)表示。 （ ） 式中， )(1VK ， )(2VK 分別為助力特性曲線的斜率，隨車速增加而減小； 1dT 為助力特性曲線梯度由 )(1VK 變?yōu)?)(2VK 時的方向盤輸入扭矩。 （ 3）曲線型助力特性 ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?m a xm a x11m a x0112100ddddddddododdddddodTTTTTTTTTTITTVKTTVKTTVKI??????????????????? 9 圖 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(guān)系，該助力特性曲線用以下函數(shù)表示。 ? ? ? ?m a xm a xm a xm a x00dddddodddTTTTTTTITfVKI??????????? （ ） 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(tǒng)設(shè)計，并且在實際中調(diào)整容易；曲線型助力特性曲線有利于實現(xiàn)連續(xù)、均勻助力，但控制復(fù)雜、調(diào)整不方便；折線型助力特性則介于兩者之間，從設(shè)計、調(diào)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。 本章小結(jié) 本章主要介紹了電動助力轉(zhuǎn)向 ECU 激勵信號系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)，通過理論分析，確定了在一定車速下的電動機的助力大小。 10 第 3 章 硬件的設(shè)計 電動助力轉(zhuǎn)向 ECU 激勵信號 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 電動助力轉(zhuǎn)向 ECU 激勵信號 系統(tǒng)大體上是由 LABVIEW 產(chǎn)生的信號 、數(shù)據(jù)采集 卡 、數(shù)控模塊 和驅(qū)動部分組成，總體的框圖如圖 所示 。 圖 總體布置框圖 11 數(shù)據(jù)采集 卡 數(shù)據(jù)采集機構(gòu)采用 LABVIEW 配套的數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)的采集和反饋都經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)的通訊通過數(shù)據(jù)采集卡與計算機相連，直接與軟件建立聯(lián)系 。 試驗信號采集系統(tǒng)采用 USB6008USB 總線便攜式多功能數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。用于 USB的 12 位 , 10 k/s 多功能數(shù)據(jù)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(shù)器若需更高性能 , 可參考 NI USB6210 和 NI USB6211 方便而易于攜帶的總線供電型設(shè)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(qū)動軟件 NIDAQ 驅(qū)動軟件和 NI LABVIEW Signal Express 交互式數(shù)據(jù)記錄軟件。 NI USB6008 具有基本的數(shù)據(jù)采集功能，其應(yīng)用范圍包括簡單的數(shù)據(jù)記錄、便攜式測量和學(xué)術(shù)機構(gòu)的實驗室試驗 。 該產(chǎn)品價位適于學(xué)生購買，但其強大的功能足以用于更為復(fù)雜的測量應(yīng)用。 NI USB6008 帶有現(xiàn)成的數(shù)據(jù)記錄軟件，能在數(shù)分鐘內(nèi)開始基本的測量應(yīng)用；也可使用 LABVIEW 或 C 及自帶的 NIDAQ Base 測量服務(wù)軟件，為用戶自定義的測量系統(tǒng)編程。 NI 開發(fā)了含有 LABVIEW 學(xué)生版副本的 USB6008 學(xué)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(xué)生使用，是功能優(yōu)、價格低、實踐性強的學(xué)習(xí)工具。 圖 USB6008數(shù)據(jù)采集卡