基于LabVIEW的EPS性能试验台测试系统的研发.pdf

第6期 总第199期 2016年12月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANICAL ENGINEERING 信号通过滤波后存储并显示 实时输出 电压信号以控制磁粉制动器模拟多种转向阻力加载形式 利用某型号EPS系统进行试验 结果验证了该测 试系统的有效性 关键词 电动助力转向 LabVIEW 测试系统 中图分类号 TP273 文献标识码 A 国家自然科学基金资助项目 51275053 收稿日期 2016 03 21 修订日期 2016 09 20 作者简介 刘明远 1990 男 山东济宁人 在读硕士研究生 研究方向 电动助力转向系统 0 引言 电动 助 力 转 向 Electric Power Steering 简 称 EPS 性能试验台是集机械 电子液压和计算机技术为 一体的自动化试验系统 1 利用 EPS性能试验台可对 EPS进行全面研究与开发 在缩短研发周期的同时提 升EPS的各项性能 LabVIEW Laboratory Virtual Instrument Engi neering Work bench 实验室虚拟仪器工作平台 是一 种基于图形化的 用图标来代替文本行创建应用程序 的计算机编程语言 2 利用 LabVIEW编程语言设计 EPS性能试验台测试系统 不仅可以摆脱传统测量仪 器的限制 提高测量效率 而且还能实现测量数据的实 时显示与记录 对研究EPS系统性能 设计EPS控制 器具有重要的参考意义 本文采用研华数据采集系统 卡与LabVIEW软件搭建了试验台数据采集系统 1 试验台测试系统的建立 参考 汽车电动助力转向装置技术条件与台架试 验方法 征求意见稿 的相关要求 针 对循环球式 EPS进行性能试验台测试系统的设计 可完成相关试 验 3 EPS 性能试验台硬件组成与连接如图1所示 1 1 硬件设计 EPS性能试验台由试验台架部分和上位机组成 试验台架部分包括被测EPS系统 各类传感器 信号 发生器 阻力矩加载装置以及电源 各类传感器分别 为增量式光电编码器 电位计式扭矩传感器 霍尔电流 传感器模块以及数字扭矩传感器 阻力矩加载装置由 减速机构 磁粉制动器以及WLKB控制器组成 电源 包括24 V车载蓄电池和直流稳压电源 上位机由两 块研华数据采集卡 PCI 1711U和PCI 1780 工控机 和显示器等组成 1 2 工作原理 通过PCI 1780数据采集卡采集增量式光电编码 器的信号 并传输到工控机进行数据处理并记录 从而 获得方向盘位置 利用信号发生器向EPS控制器发 出0 Hz 100 Hz的频率信号来模拟车速信号 通过 PCI 1711U数据采集卡采集电位计式扭矩传感器 霍 尔电流传感器模块以及数字扭矩传感器的信号 并传 输到工控机进行数据处理与记录 利用工控机控制 PCI 1711U板卡向WLKB控制器发出0 V 5 V电压 信号 控制磁粉制动器的输入电流 从而实时控制阻力 力矩 由24 V车载电池向被测EPS控制器供电 由 直流稳压电源向数字扭矩传感 器供电 通过Lab VIEW软件编制测试系统程序 实现上述信号的实时 采集 处理 记录 显示以及控制 图1 EPS性能试验台硬件组成 1 3 试验台测试系统的软件实现 利用LabVIEW编程语言设计EPS性能试验台 测试系统 不仅可以摆脱传统测量仪器的限制 提高测 量效率 而且还能实现测量数据的实时显示与记录 程序设计流程图如图2所示 图2 试验台软件设计流程图 根据试验要求设计的测试系统前面板如图3所 示 它由参数设置选项卡 输入输出特性试验选项卡 助力电流特性试验选项卡和空载转动力矩试验选项卡 组成 参数设置选项卡包括增量式光电编码器标定面 板 电位计式扭矩传感器设置面板 数字扭矩传感器设 置面板 电流传感器设置面板 保存路径设置面板以及 扭矩加载设定面板 4 通过对传感器进行标定 调整 各传感器设置面板上的参数以及按钮 保证试验系统 采集的数据更接近真实值 利用扭矩加载设定面板设 置扭矩的输出形式及大小 根据试验条件自定义不同 的保存文件名 可为不同试验条件下进行的试验建立 单独的数据保存文件 以便进行数据处理 各试验选 项卡 包 括 一 个 特 性 曲 线 显 示 图 和 两 个 数 据 波 形 图 5 6 通过特性曲线图观察该试验的试验结果 为 研究被测EPS系统提供依据 两个数据波形图分别记 录了特性曲线的横 纵坐标数据随时间的变化 便于观 察每个数据的变化趋势 2 测试系统试验分析 本文以某EPS系统作为被测系统进行测试 该 EPS系统供电电源24 V 其控制电机是直流永磁式有 刷电机 将被测EPS置于试验台架上 输入力矩与电 机电流试验曲线图如图4所示 图3 试验测试软件界面图4 输入力矩与电机电流试验曲线图 从图4中可以看出 当输入力矩的数值大于3 Nm 时 电机助力电流才出现变化 此时电机开始作用提供 助力 整个曲线大致反映了无助力 助力变化 助力较 稳定3个区间段情况 7 8 由于人工输入信号存在一 定的不稳定性 试验曲线会产生一定的波动 但曲线变 化呈规律线性 对称度较高 说明方向盘顺时针与逆时 针旋转时控制系统的助力特性基本一致 以上试验现 象符合实车转向规律 说明本文设计的试验台测试系 统能够正确地反映转向时各数据特性 3 结论 本文基于LabVIEW的图形化编程环境 开发了 汽车电动助力转向试验台测试系统 包括测试台架 数 据采集硬件等 该试验系统能测试EPS系统输入和 输出扭矩 助力电机电流 电压等参数 经过试验验 证 自主开发的试验台测试系统能够有效地完成相关 性能试验 为研究EPS系统性能 设计EPS控制器 提供方便 参考文献 1 郭艳玲 武志明 李志鹏 等 电动助力转向器试验台硬件 系统研究 J 节能技术 2014 1 65 69 2 刘海泉 肖世德 陈钟 基于LabVIEW的EPS试验台测 控系统的研究 J 控制工程 2009 9 22 23 3 李超 焦瑞莉 陈家田 基于LabVIEW的并行数据采集系 统设计 J 辽宁工程技术大学学报 自然科学版 2012 2 32 34 4 阳建华 郑莹娜 旷雪梅 等 基于PCI 1220U的电动助力 转向器性能测试系统研究 J 工业仪表与自动化装置 2013 2 22 26 5 张昕 秦素梅 汽车电动助力转向系统试验台设计 J 沈 阳理工大学学报 2012 2 42 45 6 邓娥 赵燕 吕旺 汽车电动助力转向器性能试验台测控 系统设计 J 汽车工程师 2014 3 31 34 7 伍颖 马雨嘉 崔贵彪 等 汽车EPS性能试验系统的设计 与实现 J 机床与液压 2014 7 45 47 8 丁能根 薄颖 杨磊 等 电动助力转向系统转向性能的主 观评价方法 J 农业机械学报 2007 5 45 47 Design of Test Systerm of EPS Test Bench Based on LabVIEW LIU Ming yuan LIN Mu yi School of Mechanical and Electronic Engineering Beijing Information Science and Technology University Beijing 100192 China Abstract The test system of electric power steering test benches is built by using LabVIEW programming language with Advantech data acquisition card and a variety of sensors The test system can collect input torque output torque steering wheel angle and power current signal timely The signals are displayed and stored after filtration The magnetic brake is accorded to output voltage signal to simulate a variety of steering resistance forms