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。基于LabVIEW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