　　　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 connection 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 signals 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 results 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

摘要.………………………………………………………………………………….………………....Ⅰ

ABSTRACT………………………………………………………………………………………....Ⅱ

第1章绪论1

　　1.1研究电动助力转向ECU激励信号系统的目的和意义1

　　1.2电动助力转向系统的优点1

　　　1.2.1电动助力转向的优点1

　　　1.2.2电动助力转向ECU激励信号系统的优点2

　　1.3电动助力转向系统的国内外发展现状3

　　1.4本设计研究的内容4

第2章电动助力转向ECU激励信号系统….6

　　2.1电动助力转向ECU激励信号系统的组成6

　　2.2电动助力转向ECU激励信号系统的结构 6

　　2.3 电动助力的理论分析..................................................................................................7

　　　2.3.1 引言7

　　　2.3.2 EPS典型助力曲线7

　　2.4本章小结9

第3章硬件的设计10

　　3.1电动助力转向ECU激励信号系统的总体结构10

　　3.2数据采集卡11

　　3.3信号放大器的设计12

　　　3.3.1 芯片的选择12

　　　3.3.2 驱动电路的设计13

　　3.4 本章小结14

第4章电动助力转向ECU激励信号的生成15

　　4.1 LABVIEW的简介 15

　　4.2 信号的生成16

　　4.3本章小结19

第5章实验分析21

　　5.1 简介21

　　5.2 实验仪器21

　　5.3扭矩与电动机助力电流的理论关系……………………………………………….21

　　5.4 实验过程22

　　5.5实验结果24

　　5.6本章小结24

结论25

参考文献26

致谢28

附录A 外文文献29

附录B 外文文献的中文翻译32

第1章绪论

1.1研究电动助力转向ECU激励信号系统的目的和意义

　　　随着社会生活水平提高和消费者需求多样化,现代汽车的性能和配置不断地提高,增加了汽车工程测试的复杂程度。汽车工程测试中,经常需要测量多种信号并进行分析,如车速、转向盘转角、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、横向加速度、纵向加速度、车体变形、电压、电流、温度、CAN总线信号、油液压力、真空度等。一方面,汽车工程测试不断向着多物理量、高精度、大数据量、自动化的方向发展,另一方面,传统仪器由于功能固化、数据处理及分析能力差、存储数据量少等原因,越来越难以满足现代化汽车测试的需要。为了方便ECU的开发与测试，除了真实的汽车环境外，往往还需要些模拟的汽车环境用于ECU实验室阶段的开发和测试。汽车电动助力转向ECU激励信号系统的开发主要使用各种信号模拟系统产生各种真实的电动助力转向信号（例如方向盘扭矩信号和车轮车速信号）来驱动ECU的正常工作。而现在ECU激励信号系统还利用了VI公司的LABVIEW虚拟仪器技术，开发上位机操作界面，通过USB与数据采集卡连接，上位机可以很好的实现系统各种信号的显示和控制。

　　　电动助力转向ECU激励信号系统就是用LABVIEW软件生成的信号模拟实际通过传感器得到的信号（如车速信号，扭矩信号），并将生成的信号通过数据采集卡送给ECU，ECU通过内部的运算后送给电动机一个适当的电流，从而控制电动机的助力大小。

　　　电动助力转向ECU激励信号系统的作用主要是通过调节信号的大小来测量出电动机输出端电流值，绘制出同一车速下，不同扭矩与电动机输出电流之间的曲线图，在与理论分析得到的扭矩—电动机输出电流曲线图进行对比，从而检测电动助力转向系统。

　　　汽车电动助力转向系统是改变和保持汽车行驶方向的装置，它直接影响了汽车的操控性和稳定性，是汽车的重要性能之一。

1.2电动助力转向系统的优点

1.2.1电动助力转向的优点

　　　1．提高了汽车的操纵性能

　　　EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减少由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减小汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。并且可通过设置不同的转向力特性来满足不同对象使用的需要，提高了低速时的转向轻便性。该系统由电动机直接提供转向助力，特别是在停车时，可获得最大的转向动力。

　　　2．提高了汽车的燃油经济性和减少对环境的污染

　　　装有电动转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下、装有电动转向系统的车辆燃油消耗降低％，在使用转向情况下，燃油消耗降低了％。同时EPS没有液压回路，不存在渗油的问题，因而减少了对环境的污染。

　　　3．增强了转向跟随性和可靠性

　　　在EPS系统中，电动机与助力机构直接相连以使其能量直接用于车轮的转向。这样增加了系统的转动惯量，电机部分的阻尼也使得车轮的反转和转向前轮摆振大大减小。因此转向系统的抗扰动能力大大增强。

　　　4．质量更轻、结构更紧凑

　　　该系统由电动机直接提供转向助力，在停车时，也可以获得最大的转向助力。同时省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、密封件、传送带和装于发动机上的皮带轮等，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置的选择方面也更容易，装配自动化程度更高，维修更简单。同时由于液压油在低温时的粘度很大，存在低温时必须有个加温的过程，而EPS可以在-40℃以下很好地工作，基本上不存在受温度影响的问题。

1.2.2电动助力转向ECU激励信号系统的优点

（1）模拟产生各种信号

　　　主要是利用NI公司的LABVIEW软件，通过对所需的信号编程，产生信号（正弦波，脉冲波，三角波等），然后将信号的波形通过DAQ输送出去，通过调节控制旋钮来改变输出信号的大小，从而达到检测系统的效果。

（2）信号输出简单

　　　NI公司LABVIEW虚拟仪器技术的信号产生与输出是一起的，他主要是通过数据采集卡(DAQ)的USB端口与电脑连接，然后另一端作为输入端与所需要的仪器连接到一起，进而将信号输入。尤其注意的是，如果输出信号的电压与接收仪器的允许电压不相符合，那将连接一个电压调节器，将输入电压调节到一起所允许的范围内。

（3）实现对电动助力转向系统的检测

　　　电动助力转向ECU激励信号系统主要的影响信号有2种：车速信号和扭矩信号。连接的线路如下：产生的信号→数据采集卡→电压调节器→ECU→电机。ECU是用已经编好的程序，他将对输送过来的信号进行计算，然后输送一个电流给电动机，电动机接收信号后会按照命令进行运转。我们可以调节信号旋钮来观察电机的运行状况，从而检测ECU。

1.3电动助力转向系统的国内外发展现状

在国外，各大汽车公司对汽车助力转向系统的研究有20多年历史，随着近年来电

全部文件.jpg

电路连接图.jpg

内容简介：: SY-025-BY-1毕业设计（论文）题目审定表指导教师姓名张金柱职称教授从事专业汽车与交通工程学院是否外聘是否题目名称电动助力转向ECU激励信号系统设计课题适用专业车辆工程课题类型Z 课题简介：设计的目的与意义：本毕业设计主要是利用NI公司的LABVIEW软件进行信号的生成，然后用数据采集卡将信号输送给ECU控制模块，通过调节输入信号的大小来观察电机的运行状况，从而达到检测ECU系统的目的。通过对汽车电动助力转向ECU激励信号系统的研究，可以在ECU投资使用前对其检测，从而更好的服务于汽车电动助力转向，服务于驾驶者，使汽车真正的做到低速行驶转弯时，减轻转向力；汽车高速行驶转弯时，适当加重转向力，提高汽车行驶时的操纵稳定性。现有条件：本设计提供了USB-6008型号数据采集卡、吉利数控模块和模拟仿真试验台预期成果：通过对信号的控制能够使电机的输出电流发生变化，绘制扭矩与电机的输出电流关系图，从而检测ECU系统。设计完成提供: 电路的连接图，LABVIEW编制的程序，电压放大器，设计说明书指导教师签字：年月日教研室意见1选题与专业培养目标的符合度好较好一般较差2对学生能力培养及全面训练的程度好较好一般较差3选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度好较好一般较差4论文选题的理论意义或实际价值好较好一般较差5课题预计工作量较大适中较小6课题预计难易程度较难一般较易教研室主任签字：年月日系（部）教学指导委员会意见：负责人签字：年月日注：课题类型填写 W.科研项目；X.生产（社会）实际；Y.实验室建设；Z.其它。SY-025-BY-2毕业（论文）设计任务书学生姓名田雪飞系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-2指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称电动助力转向ECU激励信号系统设计一、设计目的、意义汽车电动助力转向ECU激励信号系统，该系统主要是模拟转矩信号和车速信号，并将其作为输入信号传给ECU，通过观察输出部分电动机的运行状态来检测ECU的好坏。如果电动机的运行与预先计算的结果一致，则单片机可以使用；反之，则需要重新检测ECU或者其它部件。通过对汽车电动助力转向ECU激励信号系统的研究，可以在ECU投资使用前对其检测，从而更好的服务于汽车电动助力转向，服务于驾驶者，是汽车真正的做到低速行驶转弯时，减轻转向力；汽车高速行驶转弯时，适当加重转向力，提高汽车行驶时的操纵稳定性。二、设计内容、技术要求（研究方法）（一）研究的基本内容1、研究汽车电动助力转向系统的结构和工作原理。2、学习LABVIEW软件，对信号发生器进行设计。3、将数据采集卡与ECU和电机连接起来，对其检测效果进行试验验证。（二）拟解决的主要问题1、生成电动助力转向ECU所需的车速，扭矩信号等。2、能够模拟各种工况下ECU的输入信息。3、进行实验分析三、设计完成后应提交的成果电路连接图，电压放大器，LABVIEW软件对信号的编程，设计说明书四、设计进度安排（1）熟悉任务书，了解相关信息，准备资料，填写开题报告：第12周（2月28日3月13日）（2）信号理论分析：第34周（3月14日3月27日）（3）信号激励系统硬件选择与接口设计：第56周（3月28日4月10日）（4）信号激励系统软件设计：第713周（4月11日5月22日）（5）实验分析：第14周（5月23日5月29日）（6）毕业设计评阅、审核及修改不足：第1517周（5月30日6月12日）五、主要参考资料1 李书龙.汽车电动助力转向系统的研究与开发D.东南大学，2001:62-65.2 刘照.汽车电动助力转向系统动力学分析与控制方法研究J.汽车研究与开发，2003,(2):22-24.3 周冬林.电动助力转向系统仿真及控制系统设计J.汽车技术，2004:1-2.4 张永辉.汽车电动助力转向系统特性仿真研究J.汽车科技，2003:6-8.5 姬广斌.汽车电动助力转向的系统仿真与控制器设计J.汽车科技，2001,(4):1-2.6 余树洲.汽车电动助力转向系统助力特性的仿真研究M.吉林科学技术出版社，2003:12-17.7 徐汉斌.电动转向器控制系统研究M.山西科学技术出版社，2003:8-12.8 李伟光，李慧祺，王元聪.汽车电动助力转向系统的现状与发展D.华南理工大学，2003:6-14.9 王迅.电动助力转向系统（EPS）技术现状与发展J.湖南汽车工业学院学报，1999:8-9.10 金钊.基于模糊控制的汽车电动助力转向系统控制器设计D.武汉理工大学机电学院，2002,(5):35-38.11 郭荣，田晋跃，于英. 工程车辆转向系统的计算机辅助设计D.江苏大学汽车与交通工程学院，2004,(10):9-11.12 陈伟.基于ADAMS的电动助力转向系统助力特性研究J.农业装备与车辆工程，1999:67-69.13 郭孔辉.汽车操纵动力学M.长春：吉林科学技术出版社，2000: 75-77.14 余志生.汽车理论M.第三版.北京：机械工业出版社，1993,4(2):61-66.15 方昌林.液压气压传动与控制M.北京：机械工业出版社，2001：30-4016 向铁明，易际明.电动助力转向系统特性曲线的设计J.新南大学报（自然科学版）,2009：20-2817 曹付义，周志立，贾鸿社.履带车辆液压机械差速转向液压系统动态仿真A.中国农业机械学会2006年学术年会论文集，2006：10-1718 任卫群，陈慧鹏、谢彬，宋健.电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响J.华中科技大学学报，2008，3（2）：15-3119 Yoon W J,Reinhall P G,Seibel E J.Analysis of electro active polymer bending:a component in a low cost ultrathin scanning endoscopeJ.Sensors and Actuators A,2007：40-4820 管欣，姬鹏、詹军.液压助力转向系统刚度和路感特性分析J.科学技术与工程，2008：30-3621 孙租明.汽车电动助力转向系统路感特性分析J.农业装备与车辆工程，2009，4（3）：15-2622 朱锡成.齿轮螺杆式液压泵及马达M.北京：机械工业出版社，1988：18-30六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:电动助力转向ECU激励信号系统设计院系名称:汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程07-2 学生姓名: 田雪飞导师姓名: 张金柱开题时间: 2011年3月11日指导委员会审查意见：签字：年月日SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名田雪飞系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-2指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车电动助力转向ECU激励信号系统设计一、课题研究现状、选题目的和意义（一）研究现状随着社会生活水平提高和消费者需求多样化,现代汽车的性能和配置不断地提高,增加了汽车工程测试的复杂程度。汽车工程测试中,经常需要测量多种信号并进行分析,如车速、转向盘转角、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、横向加速度、纵向加速度、车体变形、电压、电流、温度、CAN总线信号、油液压力、真空度等。一方面,汽车工程测试不断向着多物理量、高精度、大数据量、自动化的方向发展,另一方面,传统仪器由于功能固化、数据处理及分析能力差、存储数据量少等原因,越来越难以满足现代化汽车测试的需要。为了方便ECU的开发与测试，除了真实的汽车环境外，往往还需要些模拟的汽车环境用于ECU实验室阶段的开发和测试。汽车电动助力转向ECU激励信号系统的开发主要使用各种信号模拟系统产生各种真实的电动助力转向信号（例如方向盘扭矩信号和车轮车速信号）来驱动ECU的正常工作。而现在ECU激励信号系统还利用了VI公司的LABVIEW虚拟仪器技术，开发上位机操作界面，通过USB与数据采集卡连接，上位机可以很好的实现系统各种信号的显示和控制。（二）选题的目的、意义汽车电动助力转向ECU激励信号系统，该系统主要是模拟转矩信号和车速信号，并将其作为输入信号传给ECU，通过观察输出部分电动机的运行状态来检测ECU的好坏。如果电动机的运行与预先计算的结果一致，则单片机可以使用；反之，则需要重新检测ECU或者其它部件。通过对汽车电动助力转向ECU激励信号系统的研究，可以在ECU投资使用前对其检测，从而更好的服务于汽车电动助力转向，服务于驾驶者，是汽车真正的做到低速行驶转弯时，减轻转向力；汽车高速行驶转弯时，适当加重转向力，提高汽车行驶时的操纵稳定性。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题（一）研究的基本内容1、研究汽车电动助力转向系统的结构和工作原理。2、学习LABVIEW软件，对信号发生器进行设计。3、将数据采集卡与ECU和电机连接起来，对其检测效果进行试验验证。（二）拟解决的主要问题1、生成电动助力转向ECU所需的车速，扭矩信号等。2、能够模拟各种工况下ECU的输入信息。3、进行实验分析。三、技术路线（研究方法）1、调查研究、收集资料2、用LABVIEW软件设计信号发射器3、硬件选择与接口设计4、进行试验验证、5、整理文档，形成设计说明书 2、信号发生器主要是生成各种类型的信号，调节其频率、幅值，使其输出的波形与理想电机的运行状态一致。3、选择与实验数据采集卡相匹配的微放大器。四、进度安排（1）熟悉任务书，了解相关信息，准备资料，填写开题报告：第12周（2月28日3月13日）（2）信号理论分析：第34周（3月14日3月27日）（3）信号激励系统硬件选择与接口设计：第56周（3月28日4月10日）（4）信号激励系统软件设计：第713周（4月11日5月22日）（5）实验分析：第14周（5月23日5月29日）（6）毕业设计评阅、审核及修改不足：第1517周（5月30日6月12日）五、参考文献1 李书龙.汽车电动助力转向系统的研究与开发D.东南大学，2001:62-65.2 刘照.汽车电动助力转向系统动力学分析与控制方法研究J.汽车研究与开发，2003,(2):22-24.3 周冬林.电动助力转向系统仿真及控制系统设计J.汽车技术，2004:1-2.4 张永辉.汽车电动助力转向系统特性仿真研究J.汽车科技，2003:6-8.5 姬广斌.汽车电动助力转向的系统仿真与控制器设计J.汽车科技，2001,(4):1-2.6 余树洲.汽车电动助力转向系统助力特性的仿真研究M.吉林科学技术出版社，2003:12-17.7 徐汉斌.电动转向器控制系统研究M.山西科学技术出版社，2003:8-12.8 李伟光，李慧祺，王元聪.汽车电动助力转向系统的现状与发展D.华南理工大学，2003:6-14.9 王迅.电动助力转向系统（EPS）技术现状与发展J.湖南汽车工业学院学报，1999:8-9.10 金钊.基于模糊控制的汽车电动助力转向系统控制器设计D.武汉理工大学机电学院，2002,(5):35-38.11 郭荣，田晋跃，于英. 工程车辆转向系统的计算机辅助设计D.江苏大学汽车与交通工程学院，2004,(10):9-11.12 陈伟.基于ADAMS的电动助力转向系统助力特性研究J.农业装备与车辆工程，1999:67-69.13 郭孔辉.汽车操纵动力学M.长春：吉林科学技术出版社，2000: 75-77.14 余志生.汽车理论M.第三版.北京：机械工业出版社，1993,4(2):61-66.15 方昌林.液压气压传动与控制M.北京：机械工业出版社，2001：30-4016 向铁明，易际明.电动助力转向系统特性曲线的设计J.新南大学报（自然科学版）,2009：20-2817 曹付义，周志立，贾鸿社.履带车辆液压机械差速转向液压系统动态仿真A.中国农业机械学会2006年学术年会论文集，2006：10-1718 任卫群，陈慧鹏、谢彬，宋健.电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响J.华中科技大学学报，2008，3（2）：15-3119 Yoon W J,Reinhall P G,Seibel E J.Analysis of electro active polymer bending:a component in a low cost ultrathin scanning endoscopeJ.Sensors and Actuators A,2007：40-4820 管欣，姬鹏、詹军.液压助力转向系统刚度和路感特性分析J.科学技术与工程，2008：30-3621 孙租明.汽车电动助力转向系统路感特性分析J.农业装备与车辆工程，2009，4（3）：15-2622 朱锡成.齿轮螺杆式液压泵及马达M.北京：机械工业出版社，1988：18-30六、备注指导教师意见：签字：年月日SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期2011年4月18日迄今已进行 8 周剩余 8 周学生姓名田雪飞系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B072指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称电动助力转向ECU激励信号系统设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、对任务书的熟悉，了解相关信息，准备资料，填写开题报告； 2、对汽车电动助力转向系统理论基础、工作原理进行分析研究；3、同相比例运算电压放大器的设计并焊接1、利用LABVIEW软件对车速信号和扭矩信号的生成； 2、将软件与硬件连接起来并进行试验分析； 3、整理文档完成说明书。存在问题及努力方向本设计主要是利用LABVIEW软件编辑生成的信号代替实际汽车通过传感器而得到的信号，然后通过控制信号来控制电机的电动助力大小。但是影响ECU的信号太多，所以需要对吉利控制模块的引脚进行分析，分析之后再去产生所需要的各种信号。学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日毕业设计指导教师评分表学生姓名田雪飞院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-2指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称电动助力转向ECU激励信号系统设计序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业设计评阅人评分表学生姓名田雪飞专业班级车辆工程B07-2指导教师姓名张金柱职称教授题目电动助力转向ECU激励信号系统设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计答辩评分表学生姓名田雪飞专业班级车辆工程B07-2指导教师张金柱职称教授题目电动助力转向ECU激励信号系统设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名田雪飞性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级B07-2班设计（论文）题目电动助力转向ECU激励信号系统设计平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名职称指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院系公章：年月日注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计（论文）推荐表题目电动助力转向ECU激励信号系统设计类别S学生姓名田雪飞院（系）、专业、班级车辆工程B07-2指导教师张金柱职称教授设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它毕业设计（论文）过程管理材料题目:电动助力转向ECU激励信号系统设计学生姓名:田雪飞系部名称:汽车与交通工程学院专业班级:车辆工程B07-2指导教师:张金柱职称:教授教研室:车辆工程起止时间:2011.2.282011.6.24 教务处制黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要本设计介绍了电动助力转向ECU激励信号系统的组成，对系统的结构与工作原理进行了分析和研究，建立了系统软件与硬件连接线路图，并绘制了不同车速下扭矩与电机输出电流之间的曲线关系图。在硬件方面，对系统中的数据采集卡、电压放大器和ECU进行了分析和选择；在软件方面，利用LABVIEW软件模拟产生车速信号和扭矩信号。信号通过数据采集卡输送到ECU内，ECU通过内部的计算后输出电流给电机，使电机执行相应的助力。最后，本设计进行了电动助力转向ECU激励信号系统的试验，试验结果表明，激励信号设计是合理的，取得的结果符合汽车行驶时的工况。关键词：LABVIEW虚拟仪器；ECU激励信号；数据采集卡；ECU；转向助力ABSTRACTThis 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 connection 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 signals 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 results 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朗读显示对应的拉丁字符的拼音II目录摘要.ABSTRACT.第1章绪论11.1研究电动助力转向ECU激励信号系统的目的和意义11.2电动助力转向系统的优点11.2.1电动助力转向的优点11.2.2电动助力转向ECU激励信号系统的优点21.3电动助力转向系统的国内外发展现状31.4本设计研究的内容4第2章电动助力转向ECU激励信号系统.62.1电动助力转向ECU激励信号系统的组成62.2电动助力转向ECU激励信号系统的结构 62.3 电动助力的理论分析.72.3.1 引言72.3.2 EPS典型助力曲线72.4本章小结9第3章硬件的设计103.1电动助力转向ECU激励信号系统的总体结构103.2数据采集卡113.3信号放大器的设计123.3.1 芯片的选择123.3.2 驱动电路的设计133.4 本章小结14第4章电动助力转向ECU激励信号的生成154.1 LABVIEW的简介 154.2 信号的生成164.3本章小结19第5章实验分析215.1 简介215.2 实验仪器215.3扭矩与电动机助力电流的理论关系.215.4 实验过程225.5实验结果245.6本章小结24结论25参考文献26致谢28附录A 外文文献29附录B 外文文献的中文翻译32第1章绪论1.1研究电动助力转向ECU激励信号系统的目的和意义随着社会生活水平提高和消费者需求多样化,现代汽车的性能和配置不断地提高,增加了汽车工程测试的复杂程度。汽车工程测试中,经常需要测量多种信号并进行分析,如车速、转向盘转角、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、横向加速度、纵向加速度、车体变形、电压、电流、温度、CAN总线信号、油液压力、真空度等。一方面,汽车工程测试不断向着多物理量、高精度、大数据量、自动化的方向发展,另一方面,传统仪器由于功能固化、数据处理及分析能力差、存储数据量少等原因,越来越难以满足现代化汽车测试的需要。为了方便ECU的开发与测试，除了真实的汽车环境外，往往还需要些模拟的汽车环境用于ECU实验室阶段的开发和测试。汽车电动助力转向ECU激励信号系统的开发主要使用各种信号模拟系统产生各种真实的电动助力转向信号（例如方向盘扭矩信号和车轮车速信号）来驱动ECU的正常工作。而现在ECU激励信号系统还利用了VI公司的LABVIEW虚拟仪器技术，开发上位机操作界面，通过USB与数据采集卡连接，上位机可以很好的实现系统各种信号的显示和控制。电动助力转向ECU激励信号系统就是用LABVIEW软件生成的信号模拟实际通过传感器得到的信号（如车速信号，扭矩信号），并将生成的信号通过数据采集卡送给ECU，ECU通过内部的运算后送给电动机一个适当的电流，从而控制电动机的助力大小。电动助力转向ECU激励信号系统的作用主要是通过调节信号的大小来测量出电动机输出端电流值，绘制出同一车速下，不同扭矩与电动机输出电流之间的曲线图，在与理论分析得到的扭矩电动机输出电流曲线图进行对比，从而检测电动助力转向系统。汽车电动助力转向系统是改变和保持汽车行驶方向的装置，它直接影响了汽车的操控性和稳定性，是汽车的重要性能之一。1.2电动助力转向系统的优点1.2.1电动助力转向的优点1提高了汽车的操纵性能EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减少由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减小汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。并且可通过设置不同的转向力特性来满足不同对象使用的需要，提高了低速时的转向轻便性。该系统由电动机直接提供转向助力，特别是在停车时，可获得最大的转向动力。2提高了汽车的燃油经济性和减少对环境的污染装有电动转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下、装有电动转向系统的车辆燃油消耗降低，在使用转向情况下，燃油消耗降低了。同时EPS没有液压回路，不存在渗油的问题，因而减少了对环境的污染。3增强了转向跟随性和可靠性在EPS系统中，电动机与助力机构直接相连以使其能量直接用于车轮的转向。这样增加了系统的转动惯量，电机部分的阻尼也使得车轮的反转和转向前轮摆振大大减小。因此转向系统的抗扰动能力大大增强。4质量更轻、结构更紧凑该系统由电动机直接提供转向助力，在停车时，也可以获得最大的转向助力。同时省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、密封件、传送带和装于发动机上的皮带轮等，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置的选择方面也更容易，装配自动化程度更高，维修更简单。同时由于液压油在低温时的粘度很大，存在低温时必须有个加温的过程，而EPS可以在-40以下很好地工作，基本上不存在受温度影响的问题。1.2.2电动助力转向ECU激励信号系统的优点（1）模拟产生各种信号主要是利用NI公司的LABVIEW软件，通过对所需的信号编程，产生信号（正弦波，脉冲波，三角波等），然后将信号的波形通过DAQ输送出去，通过调节控制旋钮来改变输出信号的大小，从而达到检测系统的效果。（2）信号输出简单NI公司LABVIEW虚拟仪器技术的信号产生与输出是一起的，他主要是通过数据采集卡(DAQ)的USB端口与电脑连接，然后另一端作为输入端与所需要的仪器连接到一起，进而将信号输入。尤其注意的是，如果输出信号的电压与接收仪器的允许电压不相符合，那将连接一个电压调节器，将输入电压调节到一起所允许的范围内。（3）实现对电动助力转向系统的检测电动助力转向ECU激励信号系统主要的影响信号有2种：车速信号和扭矩信号。连接的线路如下：产生的信号数据采集卡电压调节器ECU电机。ECU是用已经编好的程序，他将对输送过来的信号进行计算，然后输送一个电流给电动机，电动机接收信号后会按照命令进行运转。我们可以调节信号旋钮来观察电机的运行状况，从而检测ECU。 1.3电动助力转向系统的国内外发展现状在国外，各大汽车公司对汽车助力转向系统的研究有20多年历史，随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低，EPS越来越受到人们的重视，并以其具有传统动力转向系统不可比拟的优点，迅速迈向了应用领域。自1953年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来，液压动力转向系统给汽车到来了巨大的变化，几十年来的技术革新使液压动力转向技术发展异常迅速，出现了电控式液压助力转向系统。1988年2月日本铃木公司首先在其Cervo车上装备了EPS，随后又应用在Alto汽车上，1993年本田汽车公司在爱克NSX跑车上装备EPS并取得了良好的市场效果；1999年奔驰和西门子公司开始投巨资开发EPS。上世纪九十年代初期，日本铃木，本田，三菱，美国Delph汽车公司，德国ZF等公司相继推出了自己的EPS,并装配在Ford Fiesta和Mazda323F等车上，此后EPS技术得到了飞速的发展。经过20几年的发展，EPS技术日趋完善。其应用范围已经从最初的微型轿车向更大型轿车和商用客车方向发展，如本田的Accord和菲亚特的Punto等中型轿车已经安装EPS，本田甚至还在其Acura NSX赛车上装EPS。EPS的助力型式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期的EPS仅仅在低速和停车时提供助力，高速时EPS将停止工作。新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。由 Delphi为Punto车开发的EPS属全速范围助力型，并且首次设置了两个开关，其中一个用于郊区，另一个用于市区和停车。当车速大于70km/h后，这两种开关设置的程序则是一样的，以保证汽车在高速时有合适的路感。这样即使汽车行驶到高速公路时驾驶员忘记切换开关也不会发生危险。市区型开关还与油门相关，使得在踩油门加速和松油门减速时，转向更平滑。在国内，1992年清华大学开始设计EPS的相关研究工作，随后吉林大学、武汉理工大学、华中科技大学、同济大学、华南理工大学、江苏大学、合肥工业大学等院校和科研单位纷纷开展了EPS的研究，此外，电子行业中的不少科研部门和生产厂家也纷纷介入EPS研究领域。2000年，昌河北斗汽车率先装配EPS，对国内EPS的研究，器到了推波助澜的作用。之后，广本飞度、上海大众途安、一汽-大众凯迪、哈飞路宝、吉利等车型，也纷纷装配了EPS。中国南方航空动力机械公司的DFL系列已经进入小批量生产，吉利汽车集团开发的具有自主知识产权的EPS产品也已经装备在其吉利豪情等系列轿车上。一汽轿车也准备安装国产电动转向器，正在寻求有实力的合作伙伴。重庆的长安铃木、长安福特的代表也参加了电动转向标准会议寻找合作伙伴，准备在其生产的新车型中试装电动转向器，如广州本田飞度轿车2003年销售1.66万辆，占全国1.3-1.6L的轿车销售量30.5万辆的5.4%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。2007轿车销量在200多万辆，的轿车销量在50-60万辆左右，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QQ、天津丰田、威驰、悦达起亚、千里马、东南汽车、菱帅。可以预测到2010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。1.4 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。（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Nm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。第2章电动助力转向ECU激励信号系统2.1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USB-6008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。 2.1电路连接图2.2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。（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。2.3 电动助力转向系统的理论分析2.3.1 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。2.3.2 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2.2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区为无助力区，区为助力变化图2.2 EPS典型助力曲线（1）直线型助力特性图2.2.a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（2.1）式中，I为电机的目标电流；Imax为电机工作的最大电流；为方向盘的输入扭矩；为助力特性曲线的斜率，随车速增加而减小；为转向系统开始助力时的方向盘输入扭矩，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2.2.b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。（2.2）式中，分别为助力特性曲线的斜率，随车速增加而减小；为助力特性曲线梯度由变为时的方向盘输入扭矩。（3）曲线型助力特性图2.2.c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。（2.3）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。2.3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。第3章硬件的设计3.1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3.1所示。图3.1 总体布置框图3.2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USB-6008USB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 USB-6210和NI USB-6211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NI-DAQ驱动软件和NI LABVIEW Signal Express交互式数据记录软件。NI USB-6008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 USB-6008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NI-DAQ 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USB-6008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3.2 USB-6008数据采集卡图3.3 USB-6008数据采集卡引脚图选择理由：NI USB-6008数据采集卡具有基本的数据采集功能，能够满足电动助力转向硬件在环仿真实验的数据采集任务，而且也具备功能优、价格低、实践性强的特点。3.3 信号放大器的设计3.3.1 芯片的选择LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，他们有一些显著优点.该四放大器可以工作在低到3.0V或者高到32V的电源下，静态电流为MC1471的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引脚，其中“+”“-”为两个信号的输入端，“”“”为正负电源端。“”为输出端。两个信号输入端中，为反向输入端，表示运放输出端的信号与该输入端的位反向；为同向输入端，表示运放输出端的信号与该输入端的相位相同。 LM324的引脚图如下：图3.4 LM324引脚图LM324的特点：1.短路保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3-32V 低偏置电流：最大100nA 4.具有内部补偿的功能 5.输入端有静电保护功能 6.行业标准的引脚排列3.3.2 驱动电路的设计同相输入比例运算放大器如果输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。图3.5同相比例运算放大器电路图如图：3.5是同相比例运算电路，根据理想运算放大器工作在线性区的分析依据： (3.1) （3.2）由图3.5可列出（3.3）（3.4）由此得出（3.5）闭环电压放大倍数则为（3.6）可见与间的比例关系也可以认为与运算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都很高。式中为正值，这表示与同相，并且总是大于或等于1，这点和反比例运算不同。当或者时，则（3.7）这就是电压跟随器。本设计的电压放大倍数为所以 3.4 本章小结本章主要介绍了电动助力转向ECU激励信号系统的硬件连接，对其硬件进行讲解，主要包括对USB-6008数据采集卡各引脚功能的介绍、反相放大器在LM324芯片上的连接电路图等。第4章电动助力转向ECU激励信号的生成4.1 LABVIEW的简介 20多年前，美国国家仪器公司NI（NationalInstruments）提出“软件即是仪器”的虚拟仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。所谓虚拟仪器，实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以摩尔定律（每半年提高一倍）飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LABVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LABVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LABVIEW的最新版本为LABVIEW2009，LABVIEW 2009为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LABVIEW软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LABVIEW Real-Time工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。 LABVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LABVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LABVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。总之，由于LABVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。与传统的编程语言比较，LABVIEW图形编程方式能够节省85以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原有的带有RS232接口的仪器、 VXI总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。4.2信号的生成本设计最主要的就是利用LABVIEW编程产生的信号代替通过传感器产生的信号,然后将产生的信号通过数据采集卡送给ECU，ECU经过判断对助力电机进行控制，给驾驶员提供合适的助力。一个LABVIEW是由前面板和程序框图组成的。前面板是用户接口，用于向程序中输入各种控制参数，并以数字或图形等各种形式输出测试结果。可以把它想象为传统一起的面板，面板上自然会有表头、按钮、拨盘等各种元件。程序框图是程序的源代码,可以把它想象为传统仪器里用来实现仪器功能的零部件。信号模拟输出的过程：(1) USB-6008数据采集卡通过USB与计算机连接，驱动完成之后，打开LABVIEW软件，创建DAQ助手。如图4.14.1 NI-DAQ图(2) 选择生成信号模拟输出电压后，单击完成，在弹出的面板上选择信号的输出通道和。如图4.24.2DAQ通道设置图(3) 调节信号的生成模式为连续采样，测试信号类型为正弦波，然后单击确定。(4) 通过仿真信号生成车速信号，用正弦波表示。如图4.34.3 车速仿真信号图(5) 通过仿真信号生成扭矩信号，用方波表示。如图4.44.4 扭矩仿真信号图(6)设定车速信号与扭矩信号的幅值为1、相位为0。车速信号的频率设定为50，扭矩信号的频率设定为10。如图4.54.5 车速信号与扭矩信号图(7)在程序面板上创建2个选择信号，分别选择车速信号与扭矩信号的输出通道AO0和AO1。如图4.64.6选择信号图(8)将2个选择信号合并后与DAQ助手的数据端连接，加入While循环后，程序设计完成。如图4.74.7信号输出程序框图程序设计完成之后，车速信号从数据采集卡的端输出，扭矩信号从数据采集卡的端输出，我们可以通过调节前面板的车速值与扭矩值来改变送入ECU内部的信号电压的大小，从而控制电动机的助力大小。4.3 本章小结本章对本设计所应用的软件LABVIEW进行了简单的介绍,包括它的历史，与优势以及使用方法，利用设计中的图形说明本设计的设计过程，通过调节车速值和扭矩值来控制输出波形，使ECU接收到不同的波形，ECU通过内部计算后送给电动机一个合理的助力电流，通过理论电流与实际电流的对比，达到检测系统的目的。第5章试验分析5.1 简介本设计在理论分析的基础上，为验证电动助力转向系统的实际效果同时也为控制系统的研究和开发的方便，进行了硬件在环仿真实验。分别对ECU进行了在不同车速条件下方向盘转矩和电机助力之间的关系实验，例如通过LABVIEW软件控制车速信号的值分别为2km/h、15km/h和45km/h，然后在任一车速下调节扭矩值，由Nm,用万用表来测出电动机输出端得电流大小。如果电流的变化与理想的转矩-电动机助力目标电流图相符合，则证明电动助力转向系统完好。5.2 实验仪器笔记本一台 ,USB-6008数据采集卡 ,电压放大器, ECU ,吉利轿车 ,万用表 ,电路连接线若干。5.3转矩电动机助力电流的理论关系助力控制是汽车在低速行驶过程中进行转向时，为减轻转向盘的操纵力，使其转向操纵轻便，灵敏，可通过减速机构把电动机转矩作用到机械转向系统上的一种基本控制模式。该模式是利用电动机转矩和电动机电流成比例的特性，由转向盘转矩传动器检测的转矩信号和车速传感器检测的车速信号输入控制器中，根据预算的不同车速下“转矩电动机助力电流图”（图5.1），确定出电动机助力的目标电流。图5.1 转矩-电动机助力电流图当转向盘力矩的值小于1Nm时，电动机电流为0，即电机无助力扭矩输出，这样就有效的消除了由于系统太过敏感而导致来自于车轮或系统干扰输入而对车辆的操作稳定性和转向路感造成不利影响。当转向盘力矩的值大于1Nm、车速低于80km/h时，电机电流随着转向盘扭矩的增加而增加，即输出助力扭矩随着转向盘扭矩的增加而增加；当车速超过80km/h时，此时不需要进行助力控制，助力电机停止工作，并与电磁离合器处于脱离状态。当转向盘输入力矩大于某一设定值（如车速在km/h时设定值为8Nm、车速在km/h时设定值为9Nm）,流过电机电流达到最大值，即助力扭矩达到饱和状态。车速越低、助力越大；车速越高、助力越小。当车速大于一定值时，取消助力，将电动机反接制动，使汽车高速行驶时方向感沉稳，行驶安全。5.4 实验过程（1）打开计算机，运行编辑的程序，检验产生的信号是否正常运行。（2）将USB-6008数据采集卡与电脑连接，然后启动MER软件，此时数据采集卡的红灯亮则表示数据采集卡已经与电脑连接，然后将产生的车速信号和扭矩信号分别通过数据采集卡的A0端和A1端输出。（3）由于ECU接收的车速信号电压为12V，转矩信号电压为5V，而通过数据采集卡输出的电压为5V，所以需要将车速信号的电压放大后输出给ECU。将数据采集卡的A0端连接已经设计好的电压放大器的输入端,其输出端作为信号的输入端。（4）观察吉利汽车ECU的引脚图，找到车速信号引脚和扭矩信号引脚分别为A5、B4,用电路连线从引脚处引出2跟线作为信号的接收端，然后将USB-6008的A1通道与扭矩信号连线连接，电压放大器的输出端与车速信号连线连接。图5.2 数控模块的引脚图（5）通过LABVIEW软件对车速信号值进行控制，车速信号的值分别为2km/h,15km/h，45km/h。在车速信号值为2km/h时，调节扭矩信号值，通过万用表测出电机电流的变化，绘制扭矩与电机电流的关系曲线，如图5.2,车速在2km/h,在输入扭矩小于1Nm时，电动机不助力；大于1Nm后，输入扭矩越大，电动机输出扭矩越大，电流也越大；到输入扭矩为8Nm以后，电动机输出扭矩恒定不变，电流也恒定不变。图5.3车速值为2km/h时，扭矩与输出电流之间的关系如图5.4，车速在15km/h,在输入扭矩小于1Nm时，电动机不助力；大于1Nm后，输入扭矩越大，电动机输出扭矩越大，电流也越大；到输入扭矩为9Nm以后，电动机输出扭矩恒定不变，电流也恒定不变。图5.4车速值为15km/h时，扭矩与输出电流之间的关系车速在45km/h,在输入扭矩小于1Nm时，电动机不助力；大于1Nm后，输入扭矩越大，电动机输出扭矩越大，电流也越大；到输入扭矩为9Nm以后，电动机输出扭矩恒定不变，电流也恒定不变。图5.5车速值为45km/h时，扭矩与输出电流之间的关系实验数据表明：同一车速下，随着方向盘扭矩的增大，电机的转向助力越来越小；同一扭矩下，随着车速的增加，电机的转向助力也越来越小。5.5实验结果1在零车速下，助力转向时的方向盘转矩明显小于不助力转向时，说明电动助力转向系统能够使驾驶更加轻便、灵活。2. 绘制出相同车速下，电动助力转向系统助力值随方向盘转矩的增大基本呈线性减小；3在不同的车速下，车速快时的电动助力小于车速慢时的电动助力。4. 车速很快时，电动机一般不提供助力，保证汽车行驶时的方向稳定性。5.6本章小结本章主要介绍电动助力转向控制系统性能。通过各种实验绘制出实际的扭矩-电动机电流曲线图，与理论的扭矩-电动机电流曲线对比后判断ECU系统的好与坏。结论本文对电动助力转向ECU激励信号系统进行设计，其中包括软件编程，硬件设计和电路的连接等几个环节，最终达到通过调节信号的值来检验电动助力转向系统的目的。通过分析，得到以下主要结论：（1）电动助力转向ECU激励信号系统的发展前景很好：汽车工程测试中,经常需要测量多种信号并进行分析,如车速、转向盘转角、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、横向加速度、纵向加速度、车体变形、电压、电流、温度、CAN总线信号、油液压力、真空度等，加大了现代化汽车测试的难度。为了方便ECU的开发与测试，除了真实的汽车环境外，往往还需要些模拟的汽车环境用于ECU实验室阶段的开发和测试，这就注定ECU激励信号系统的发展会将越来越好。（2）通过运用LABVIEW产生信号检验了电动助力转向系统的好与坏，检验了助力特性满足稳定性的要求，理论上验证了电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响。通过对ECU激励信号设计的研究，本文得到了一些有益的结论，但由于时间和条件的限制，认为还有进一步的工作要做。设计中对LABVIEW的运用还不是很熟练，还需要大量的时间和努力去完成每一个信号对电动助力转向系统变化的影响，在以后的学习中要不断加强这方面的研究。参考文献1 李书龙.汽车电动助力转向系统的研究与开发D.东南大学，2001:62-65.2 刘照.汽车电动助力转向系统动力学分析与控制方法研究J.汽车研究与开发，2003,(2):22-24.3 周冬林.电动助力转向系统仿真及控制系统设计J.汽车技术，2004,(1)1-2.4 张永辉.汽车电动助力转向系统特性仿真研究J.汽车科技，2003,(2)6-8.5 姬广斌.汽车电动助力转向的系统仿真与控制器设计J.汽车科技，2001,(4):1-2.6 余树洲.汽车电动助力转向系统助力特性的仿真研究M.吉林科学技术出版社，2003:12-17.7 徐汉斌.电动转向器控制系统研究M.山西科学技术出版社，2003:8-12.8 李伟光，李慧祺，王元聪.汽车电动助力转向系统的现状与发展D.华南理工大学，2003:6-14.9 王迅.电动助力转向系统（EPS）技术现状与发展J.湖南汽车工业学院学报，1999,(2)8-9.10 金钊.基于模糊控制的汽车电动助力转向系统控制器设计D.武汉理工大学机电学院，2002,(5):35-38.11 郭荣，田晋跃，于英. 工程车辆转向系统的计算机辅助设计D.江苏大学汽车与交通工程学院，2004,(10):9-11.12 陈伟.基于ADAMS的电动助力转向系统助力特性研究J.农业装备与车辆工程，1999:67-69.13 郭孔辉.汽车操纵动力学M.长春：吉林科学技术出版社，2000: 75-77.14 余志生.汽车理论M.第三版.北京：机械工业出版社，1993,4(2):61-66.15 方昌林.液压气压传动与控制M.北京：机械工业出版社，2001：30-4016 向铁明，易际明.电动助力转向系统特性曲线的设计J.新南大学报（自然科学版）,2009：20-2817 曹付义，周志立，贾鸿社.履带车辆液压机械差速转向液压系统动态仿真A.中国农业机械学会2006年学术年会论文集，2006:10-1718 任卫群，陈慧鹏、谢彬，宋健.电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响J.华中科技大学学报，2008，3（2）：15-3119 Yoon W J,Reinhall P G,Seibel E J.Analysis of electro active polymer bending:a component in a low cost ultrathin scanning endoscopeJ.Sensors and Actuators A,2007：40-4820 管欣，姬鹏、詹军.液压助力转向系统刚度和路感特性分析J.科学技术与工程，2008：30-3621 孙租明.汽车电动助力转向系统路感特性分析J.农业装备与车辆工程，2009，4（3）：15-2622 朱锡成.齿轮螺杆式液压泵及马达M.北京：机械工业出版社，1988：18-30致谢本毕业设计是在张金柱老师的悉心指导和严格要求下完成的，从课题选择到具体的写作过程，无不凝聚着张老师的心血和汗水，在我的毕业设计期间，张老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完成毕业设计。在此向张老师老师表示深深的感谢和崇高的敬意。在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业设计。同时，我还要感谢同组的各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。最后，在毕业设计过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。附录A 外文文献Electric Power Steering system1. HistoryIn automobile development course, Steering system experienced four stages of development: from the initial mechanical Steering system (for your DNS setting Steering, abbreviation ) development for Hydraulic Steering system (Hydraulic Power Steering, abbreviation HPS), then again appeared electronically controlled Hydraulic Steering system (Electro Hydraulic Power Steering, abbreviation EHPS) and Electric Power Steering system (Steering, room Power as EPS). Assemble mechanical steering system of car parking and low-speed driving, when the drivers steering control burden too heavy, in order to solve this problem, the American GM in the 1950s took the lead in the car hydraulic steering system. But, hydraulic steering system cant juggle vehicles to speed portability and high speed, so the steering stability Koyo in Japan in 1983, with the company introduced the application of speed sensing function of hydraulic steering system. This new type of steering system can provide speed increased with the decreasing steering, but complicated structure, cost is higher, and cannot overcome hydraulic system itself has many shortcomings, is a cross between a hydraulic steering and electric power steering the transition between the products. In 1988, Japan Suzuki company first in small cars equipped with Cervo Koyo company development on the steering column, power type electric power steering system; In 1990, Japan Honda NSX in sports car company adopted self-developed rack power type electric power steering system, henceforth unveils the electric power steering in cars applications history 2. Working principle Electric power steering system are as follows: first, the working principle, torque sensor measured on steering wheel drivers on the manipulation of the moment, the wheel speed sensors detect the vehicle driving speed, then present the two signals to ECU; According to the built-in control strategy: ECU, calculates the ideal target booster torque, into current instructions to motor; Then, the power generated by the torque motor slowdown institutions amplification on steering system in mechanical manipulation of the moment, and the driver together to overcome resistance torque, realize to the vehicle steering. 3. Working process Electric power steering system as traditional hydraulic system alternative products has entered into the auto manufacturing. And had predicted instead, EPS not only applicable to small cars, and some for 12V medium vehicle installed electric system. EPS system includes the following components: The torque sensor: detection steering wheel motion and vehicle motion situation; Electronic control units: according to provide the torque sensor the size of the signal computing power; Motor: according to the electronic control units; turn power output value generation Reduction gear: improve motor power, and produce turn it sends to steering mechanism. Other vehicle system control algorithm input information is provided by the car CAN bus (for example steering Angle and bus speed, etc.). Motor drive also need other information, such as motor rotor position and the three-phase motor sensor (current sensor provided). Motor control by four MOSFET, due to micro controller cannot direct drive of large gate capacitance, MOSFET using drive IC form needed the interface, for safety, complete motor control system must implement monitoring, motor control system integration in PCB, usually contains a relay, the relay use, as the main switch under the condition of the fault detection, disconnect motor and electronic control units. Micro control device must control EPS system and have brushless motor. Micro control device according to the torque sensor provide needed the steering wheel torque information, forming a current control loop. In order to improve the security of the system level, the micro control device should have an on-board oscillator, so even in external oscillator malfunction case, also ensure micro control device performance, also should have chip watchdog. Infineon XC886 integration of the company all the important micro control device component, other safety features for through the software to realize, if must implement safety standards IEC61508 industries, you have to finish all kinds of diagnosis and self-inspection task and increase micro control device work load. At present different customers use of torque sensor and rotor position sensor difference is very big. They use different measuring principle, such as decomposing machine, magnetic resonance device, based on the integration of giant magnet or stance sensor. The role of power levels is switch electric current. The power level has two main functions: drive IC control and protection MOSFET, MOSFET itself and to be responsible for switch currents. MOSFET and partition.Micro cont

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