基于LabVIEW的汽车助力转向控制系统设计

引言

汽车助力转向系统经历了以机械助力转向、液压助力转向、电控液压助力转向等为主流的阶段。目前电动助力转向系统(EPS)是汽车工程领域的热门课题之一，研究的主要内容是EPS系统的控制规则和硬件控制器的设计。电动助力转向系统具有部件少、结构简单、便于安装及维护等特点，它是通过电机控制转矩机构实现助力转向的。EPS控制系统可根据路况及车况调整、控制电机的助力(或阻尼)状态,大大提高驾驶的转向舒适性。LabVIEW因其具有突出的优点在汽车电子领域有着良好的应用前景。

EPS组成及工作原理

电动助力转向是在人工机械系统的基础上加入电机作为动力源，用电动动力代替液压动力转向。电动助力是由电机的电气控制来实现对电机的控制，为了分析电机驱动系统的好坏，

并检测系统的工作状况，必须要有个系统测试工具来反映出系统的工作状态。基于LabVIEW的虚拟测试系统就可以完成对电动助力转向系统的全面监测。这也是本研究要实现的最终目标。

基于LabVIEW的汽车电动助力转向系统主要有以下几个部分构成(见图1)：电子控制单元(ECU)、车速传感器和扭矩传感器、伺服电动机、减速机构和转向柱总成、程序端口和计算机等。其中比较关键的是电子控制单元、信号采集调理电路和计算机虚拟仪器，很大程度上决定着电动助力转向系统的控制效果。

EPS系统的运行过程是：汽车处于起动或者低速行驶状态时，操纵转向盘转向，装在转向柱上的扭矩传感器不断检测作用于转向柱扭杆上的扭矩，并将此信号与车速信号同时输入电子控制器和信号采集调理电路，ECU处理器对输入信号进行运算处理，确定助力扭矩的大小和方向，从而控制电动机的电流和转向，电动机经离合器及减速机构将扭矩传递给牵引前轮转向的横拉杆，最终起到为驾驶人员提供辅助转向力的作用。同时转矩信号T和电流信号I经过信号调理以后通过RS-232串口通讯方式输入计算机的LabVIEW虚拟仪器控制程序，进行系统性能综合测试。

图1　汽车助力转向系统结构简图

系统设计

程序模块图

汽车助力转向系统主要分为三个模块：输入信号的采集模块、电子控制单元ECU模块和输出执行机构模块(见图2)。

图2 汽车助力转向系统的设计框图

本系统采用一个自制的基本输入输出系统来模拟电动助力转向装置(EPS)，车速用基本输入输出系统产生的脉冲来模拟，该脉冲频率可以通过固定在油门踏板上的电位器来模拟实际工况调节。当车速比较快时，脉冲的频率较大;当车速比较慢时，脉冲的频率较小。其他传感器的输入用基本输入输出系统的输出电压来模拟，该电压可以通过电位器来调节。

系统流程图

系统是基于LabVIEW设计的，主要的运行次序和循环结构都由LabVIEW编程中的while、case等结构组成，具体程序流程图如图3所示。

图3 汽车助力转向系统的程序流程图

2.3 系统界面：分为主界面、建立系统、参数设置、性能测试等四部分，如图4所示。其中主界面运行时会出现用户登陆，登记用户信息，如图5所示;然后进入系统的建立，包括汽车的型号等各个数据;其后是试验数据的设置，包括采样频率，车速、转矩电流、电压的报警上限、显示格式。

图4 基于LabVIEW的汽车助力转向系统测试主界面

图5 基于LabVIEW的汽车助力转向系统程序登陆界面

结语

本文应用传感器技术、计算机控制技术和虚拟仪器技术，研究开发了基于LabVIEW的汽车电动助力转向性能虚拟测试系统, 该系统人机接口友好，运行稳定可靠，其使用大大缩短了测试时间，提高了工作效率，可以满足现代化生产对测试的要求。

参考文献：

　　[1] 雷振山，赵晨光，魏丽. LabVIEW 8.2基础教程[M].北京：中国铁道出版社，2008

　　[2] 林逸.电动助力转向助力特性补偿策略的耦合仿真分析[J].汽车工程，2005，2:217-219

　　[3] 徐建平，何仁.电动助力转向系统回正控制算法研究[J] .汽车工程，2004，5:557-559

　　[4] 李莉.基于LabVIEW的EPS试验台测控系统的研究[D].四川：西华大学硕士论文,2008

　　[5] MANUELE BERTOLUZZO, GIUSEPPE BUJA, ROBERTO MENIS and GIORGIO SULLIGOI. An APProach to Steer-by-Wire System Design.2005 IEEE 44348

　　[6] MANUELE BERTOLUZZO, GIUSEPPE BUJA, ROBERTO MENIS, Control Schemes for Steer-by-Wire Systems, 2006 IEEE