车辆工程毕业设计论文-电动助力转向ecu激励信号系统设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-电动助力转向ecu激励信号系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

车 20xx 年销售 万辆，占全国 的轿车销售量 万辆的 %市场份额。 说明齿轮齿条式的电动助力转向器产品已逐渐打开了市场。 20xx 轿车销量在 200 多万辆， ~ 的轿车销量在5060 万辆左右，说明装配电动助力转向器产品的市场潜力还是很大的。 目前 21 个汽车厂家的 43 给我品种均可安装电动助力转向器产品。 这些厂家分别是：重庆长安、奥拓、领养、吉利、美日豪情、奇瑞 、天津丰田、威驰、悦达起亚、千里马、东南汽车、菱帅。 可以预测到 20xx 年末我国适合安装的轿车有 140 万辆，微型和轻型卡车包括皮卡有 40 万辆，电动转向器的需求大约共为 180 万套。 电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上发展起来的。 它利用电动机产生的动力来帮助驾驶员进行转向操作，系统主要由三大部分构成，信号传感装置（包括扭矩传感器、转角传感器和车速传感器），转向助力机构（电机、离合器、减速传动机构）及电子控制装置。 电动机仅在需要助力时工作，驾驶员在操纵方向盘时，扭矩转角传感器根据输入扭矩和转向角的大小产生相应的电压信号，车速传感器检测到车速信号，控制单元根据电压和车速的信号，给出指令控制电动机运转，从而产生所需要的转向助力。 本设计研究的内容 （ 1）电动助力转向 ECU激励信号系统的组成、结构 电动助力转向 ECU激励信号系统主要是将由 LABVIEW软件生成的信号通过数据采集卡送给 ECU，然后 ECU通过内部运算后输出适当的电流控制电动机。 其线路图为：产生的信号→数据采集卡→电压调节器→ ECU→电机。 （ 2）软件部分 —— 信号的生成 由于控制电动助力转向系统的信号太多，例如噪音，温度，车轮转速，车速，扭矩等。 对于初学者来说，将所有的信号全部产生并输送给控制模块这个过程有点复杂，难度相对较大，所以我就选择 2 个主要的信 号（车速信号和扭矩信号）作为控制信号来说明如何用 NI 信号控制与检测电动助力转向系统。 （ 3）硬件部分 —— 电压放大器的制作 用 LABVIEW 软件产生的信号，其信号电压与仪器的接收信号的电压必须相符合，然而经由数据采集卡 USB608 输出的信号电压为 5V，吉利控制模块接受的电压为 12V，所以应该设计一个电压放大器，将数据采集卡的输入信号电压放大后再输送给吉利控制模块，使其能够接收。 5 （ 4）实验检测 实验检测部分主要是将电路连接好之后，控制车速值分别为某一定值（如2km/h,15km/h 和 45km/h） ,调节扭矩值由 9~0 N m 逐渐变化，绘制出实际的扭矩 — 电动机输出电流曲线图，在与理论分析得到的扭矩 — 电动机输出电流曲线图对比，如果曲线一致，则电动助力转向系统完好；如果不一致，则需检查系统。 6 第 2 章 电动助力转向 ECU 激励信号系统 电动助力转向 ECU 激励信号系统的组成 电动助力转向 ECU 激励信号系统主要分为 2 部分，硬件设计与软件的编程。 硬件设施主要包括 USB6008 型号的数据采集卡、采用 LM324 芯片设计的反向电压放大器和吉利数控模块；软件部分主要是通过对 LABVIEW 软件的编程，生成 2 种控制信号，即车速信号和扭矩信号。 然后将软件与硬件连接起来，通过控制信号的大小来检测电动助力转向系统的好坏。 电路连接图 电动助力转向 ECU 激励信号系统的结构 电动助力转向 ECU 激励信号系统主要由数据采集卡、电压放大器、数控模块和电机组成。 （ 1）数据采集卡：数据采集卡的作用是将 LABVIEW 产生的信号通过自身的输入、输出通道 传递给数控模块。 7 （ 2）电压放大器：电压放大器的任务就是将由数据采集卡出来的 5V 的车速信号放大到 12V。 （ 3） ECU： ECU 主要是接收所有的信号，然后通过内部的程序计算出输出的电流传给电机，实现转向助力。 （ 4）电动机： EPS 的动力源是电动机，通常采用无刷永磁式直流电动机，其功能是根据 ECU 的指令产生相应的输出矩转。 电动助力转向系统的理论分析 引言 配备电动助力装置的汽车转向系统，应尽量不悖于驾驶员原有的驾驶习惯，这样驾驶员才能在转向时得心应手。 转向驱动力矩与助力矩之间的理想关系应具 备以下几点： （ 1）在转向驱动力矩很小的区域内希望助力矩越小越好，甚至不施加助力，以便保持较好的路感和节约能源。 （ 2）在低速行驶低速转向过程中，为使转向轻便，降低驾驶员劳动强度，助力效果应当明显。 （ 3）原地转向时的转向阻力矩相当大，此时应尽可能发挥较大的助力转向效果，且助力矩增幅应较大。 （ 4）随着车速的增升高，转向驱动力矩很小时不助力的区域应增大。 （ 5）原地转向时，助力矩增加到一定值时应保持恒定，以免助力电动机因负荷过大而出现故障。 （ 6）形式转向时，助力矩增加到一定值时也应保持恒定，以便驾驶员驾驶 时可以明显感到路面反力的增加，知道安全驾驶。 （ 7)高速行驶时停止助力，以便驾驶员获得良好的路感，保证行车安全。 （ 8）助力矩不能大于同工矿下无助力时的转向驱动，即助力矩应小于转向阻力局，否则将出现“打手”现象。 （ 9）各区段过度要平滑，以避免操舵力出现跳跃感。 电动助力转向系统典型的助力曲线 EPS 的助力特性具有多种曲线形式，图 为三种典型的 EPS 助力特性曲线。 这里将图中助力曲线分为三个区， 0≤ dT ≤ 0dT 区 为无助力区， 0dT ≤ dT ≤ maxdT 区为助力变化 8 图 EPS 典型助力曲线 （ 1）直线型助力特性 图 为直线型助力特性曲线，它的特点是在助力变化区，助力与方向盘扭矩成线性关系。 该助力特性曲线可以用下列函数表示   m a xm a x00m a x000dddddddddTTTTTTTITTVKI  （ ） 式中， I 为电机的目标电流； Imax 为 电机工作的最大电流； dT 为方向盘的输入扭矩； )(VK 为助力特性曲线的斜率，随车速增加而减小； 0dT 为转向系统开始助力时的方向盘输入扭矩， maxdT 为转向系统提供最大助力时的方向盘输入扭矩。 （ 2）折线型助力特性 图 所示为典型的折线型助力特性曲线，它的特点是在助力变化区，助力与方向盘扭矩成分段型关系，该助力特性曲线可以用下列函数表示。 （ ） 式中， )(1VK ， )(2VK 分别为助力特性曲线的斜率，随车速增加而减小； 1dT 为助力特性曲线梯度由 )(1VK 变为 )(2VK 时的方向盘输入扭矩。 （ 3）曲线型助力特性        m a xm a x11m a x0112100ddddddddododdddddodTTTTTTTTTTITTVKTTVKTTVKI 9 图 为典型曲线型助力特性曲线，它的特点是在助力变化区，助力与方向盘输入扭矩成非线性关系，该助力特性曲线用以下函数表示。    m a xm a xm a xm a x00dddddodddTTTTTTTITfVKI （ ） 比较上述三种助力特性曲线，直线型助力特性最简单，有利于控制系统设计，并且在实际中调整容易；曲线型助力特性曲线有利于实现连续、均匀助力，但控制复杂、调整不方便；折线型助力特性则介于两者之间，从设计、调整和实用的角度看，采用直线型助力特性可以基本满足实际需要。 本章小结 本章主要介绍了电动助力转向 ECU 激励信号系统的组成、结构，通过理论分析，确定了在一定车速下的电动机的助力大小。 10 第 3 章 硬件的设计 电动助力转向 ECU 激励信号 系统的总体结构 电动助力转向 ECU 激励信号 系统大体上是由 LABVIEW 产生的信号 、数据采集 卡 、数控模块 和驱动部分组成，总体的框图如图 所示。 图 总体布置框图 11 数据采集 卡 数据采集机构采用 LABVIEW 配套的数据采集卡，数据的采集和反馈都经过数据采集卡，数据的通讯通过数据采集卡与计算机相连，直接与软件建立联系。 试验信号采集系统采用 USB6008USB 总线便携式多功能数据采集产品。 用于 USB的 12 位 , 10 k/s 多功能数据采集卡 8 路 12 位模拟输入通道 , 12 条 DIO 线 , 2 路模拟输出 , 1 个计数器若需更高性能 , 可参考 NI USB6210 和 NI USB6211 方便而易于携带的总线供电型设计获取用于 OEM 的仅含板卡的套件可用于 Windows、 Mac OS X、 Linux和 Pocket PC 的驱动软件 NIDAQ 驱动软件和 NI LABVIEW Signal Express 交互式数据记录软件。 NI USB6008 具有基本的数据采集功能，其应用范围包括简单的数据记录、便携式测量和学术机构的实验室试验。 该产品价位适于学生购买，但其强大的功能足以用于更为复杂的测量应用。 NI USB6008 带有现成的数据记录软件，能在数分钟内开始基本的测量应用；也可使用 LABVIEW 或 C 及自带的 NIDAQ Base 测量服务软件，为用户自定义的测量系统编程。 NI 开发了含有 LABVIEW 学生版副本的 USB6008 学生套件，为仿真、测试和自动化的理论性课程补充了实践性实验。 上述套件仅供学生使用，是功能优、价格低、实践性强的学习工具。 图 USB6008数据采集卡。