电动助力转向ECU激励信号系统设计【1张图/12600字】【优秀机械毕业设计论文】

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软件设计

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关键词：: 电动助力转向 ecu 激励鼓励信号系统设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。32页。12600字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
软件设计一份。

图纸共1张，如下所示
A1-电路连接图.dwg

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

ABSTRACT

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

目录
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

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1~2周（2月28日~3月13日）
（2）信号理论分析：第3~4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5~6周（3月28日~4月10日）
（4）信号激励系统软件设计：第7~13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15~17周（5月30日~6月12日）

五、主要参考资料
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[22] 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

电动助力转向ECU激励信号系统设计[汽车]

内容简介：: 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励信号系统设计一、设计目的、意义汽车电动助力转向励信号系统，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过观察输出部分电动机的运行状态来检测好坏。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，则需要重新检测者其它部件。通过对汽车电动助力转向励信号系统的研究，可以在资使用前对其检测，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、学习件，对信号发生器进行设计。 3、将数据采集卡与电机连接起来，对其检测效果进行试验验证。（二）拟解决的主要问题 1、生成电动助力转向需的车速，扭矩信号等。 2、能够模拟各种工况下 3、进行实验分析、设计完成后应提交的成果电路连接图，电压放大器，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 D2001:622 刘照 J2003,(2):223 周冬林 J2004:14 张永辉 J 2003:65 姬广斌 J2001,(4):16 余树洲 M2003:127 徐汉斌 M2003:88 李伟光，李慧祺，王元聪 D2003:69 王迅术现状与发展 J1999:810 金钊 D002,(5):3511 郭荣，田晋跃，于英 . 工程车辆转向系统的计算机辅助设计 D004,(10):912 陈伟电动助力转向系统助力特性研究 J1999:6713 郭孔辉 M林科学技术出版社， 2000: 7514 余志生 M北京：机械工业出版社， 1993,4(2):6115 方昌林 M械工业出版社， 2001： 3016 向铁明，易际明 J然科学版） ,2009： 2017 曹付义，周志立，贾鸿社 A学术年会论文集， 2006： 1018 任卫群，陈慧鹏、谢彬，宋健 J2008， 3（ 2）： 1519 J, G, of a in a ,2007： 4020 管欣，姬鹏、詹军向系统刚度和路感特性分析 J2008： 3021 孙租明 J2009， 4（ 3）： 1522 朱锡成 M械工业出版社， 1988： 18、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 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、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验室阶段的开发和测试。汽车电动助力转向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）来驱动正常工作。而现在励信号系统还利用了司的拟仪器技术，开发上位机操作界面，通过数据采集卡连接，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过观察输出部分电动机的运行状态来检测好坏。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，则需要重新检测者其它部件。通过对汽车电动助力转向励信号系统的研究，可以在资使用前对其检测，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、学习件，对信号发生器进行设计。 3、将数据采集卡与电机连接起来，对其检测效果进行试验验证。（二）拟解决的主要问题 1、生成电动助力转向需的车速，扭矩信号等。 2、能够模拟各种工况下 3、进行实验分析。三、技术路线（研究方法）、 2、用件设计信号发射器 1、调查研究、收集资料 4、进行试验验证 3、硬件选择与接口设计 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 D2001:622 刘照 J2003,(2):223 周冬林 J2004:14 张永辉 J 2003:65 姬广斌 J2001,(4):16 余树洲 M2003:127 徐汉斌 M2003:88 李伟光，李慧祺，王元聪 D2003:69 王迅术现状与发展 J1999:810 金钊 D002,(5):3511 郭荣，田晋跃，于英 . 工程车辆转向系统的计算机辅助设计 D004,(10):912 陈伟电动助力转向系统助力特性研究 J1999:6713 郭孔辉 M林科学技术出版社， 2000: 7514 余志生 M北京：机械工业出版社， 1993,4(2):6115 方昌林 M械工业出版社， 2001： 3016 向铁明，易际明 J然科学版） ,2009： 2017 曹付义，周志立，贾鸿社 A学术年会论文集， 2006： 1018 任卫群，陈慧鹏、谢彬，宋健 J2008， 3（ 2）： 1519 J, G, of a in a ,2007： 4020 管欣，姬鹏、詹军 J2008： 3021 孙租明 J2009， 4（ 3）： 1522 朱锡成 M械工业出版社， 1988： 18、备注指导教师意见：签字：年月日 1 附录 A 外文文献 . n of NS of s in to M in 950s in t to so 983, of of of is is a a 988, in on 990, SX in in 2. as on on of to to by on in of to to 3. 2 as to 2V to of to it to is by AN . as by to of C a as of PS to a In to of an so in of to if to of At of is as on of or 3 of is C to be WM is t C is to to so in 0If in to to at to V is 0V or a of 0V is is to to if to WM %) 90v (00%). C is to be to 附录 B 外文文献的中文翻译电动助力转向系统 4 在汽车的发展历程中，转向系统经历了四个发展阶段：从最初的机械式转向系统（称展为液压助力转向系统（称然后又出现了电控液压助力转向系统（称电动助力转向系统（称装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国司在 20 世纪 50 年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在 1983 年日本司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了 1988 年，日本司首先在小型轿车司研发的转向柱助力式电动助力转向系统； 1990 年，日本司也在运动型轿车采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史电助力转向系统的工作原理如下：首先，转矩传感器测出驾驶员施加在转向盘上的操纵力矩，车速传感器测出车辆当前的行驶速度，然后将这两个信号传递给据内置的控制策略，计算出理想的目标助力力矩，转化为电流指令给电机；然后，电机产生的助力力矩经减速机构放大作用在机械式转向系统上，和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩，实现车辆的转向。电动助力转向系统（为传统液压系统的替代产品已经进入汽车制造领域。与先前的预测相反，仅适用于小型汽车，而且某些 12V 中型汽车也适于安装电动系统。统包含下列组件：转矩传感器：检测转向轮的运动情况和车辆的运动情况；电控单元：根据转矩传感器提供的信号计算助力的大小；电机：根据电控单元输出值生成转动力；减速齿轮：提高电机产生的转动力，并将其传送至转向机构。其它车辆系统控制算法输入信息是由汽车线提供的 (例如转向角和汽车速度等等 )。电机驱动还需要其它信息，例如电机转子位置 (电机传感器提供 )和相电流 (电流 5 传感器提供 )。电机由四个制，由于微控制器无法直接驱动大型栅电容，因此需要采用驱动式的接口，出于安全考虑，完整的电机控制系统必须实施监控，将电机控制系统集成在，通常包含一个继电器，该继电器可作为主开关使用，在检测出故障的情况下，断开电机与电控单元。微控器必须控制统的直流有刷电机。微控器根据转矩传感器提供的转向轮所需转矩信息，形成一个电流控制回路。为了提高系统的安全水平，该微控器应有一个板载振荡器，这样即使在外部振荡器出现故障的情况下，亦可确保微控器的性能，同时还应具备片上看门狗。英飞凌公司的成了所有重要的微控器组件，其它安全特性可通过软件实现，如果必须执行行业安全标准规范，就不得不完成各种诊断和自检任务，因而会增加微控器的工作负荷。目前不同客户采用的转矩传感器与转子位置传感器差别很大。他们采用不同的测量原理，如分解器、电磁共振器、基于传感器的集成巨磁阻。功率级的作用是开关电机电流。该功率级具有两个功能：驱动制和保护身又可负责开关电流。分区 (例如驱动合在一个器件或多个器件内 )由电机功率决定。微控器的出端口提供的驱动电流和电压太低，无法直接与极实现连接。驱动作用是提供充足的电流，为栅极进行充电和放电，使其在20条件下正常实现开关，同时保证为高低侧供高栅源电压，确保获得低导通电阻。如果高侧极电位就接近电池电平。要想使源电压需高于 8V。全导通所需的最理想的电压是 10此所需的栅极电位就比电池电压高出 10V。电荷泵是确保该功能最大程度降低耗 (即使低电池电压条件下 )的电路。电荷泵设计的其它关键特性是可以根据不同式的要求，实现极低 (低至 1%)和极高的占空比 (高至 100%)。驱动另一个重要功能是检测短路情况，避免损坏影响的关闭，诊断结果提交给微控器。黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘要本设计介绍了电动助力转向励信号系统的组成，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、电压放大器和行了分析和选择；在软件方面，利用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，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：拟仪器；励信号；数据采集卡；向助力黑龙江工程学院本科生毕业设计 CU of a a On of CU on to CU by to of of CU is 龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要 . . . . 第 1 章绪论 . 1 究电动助力转向励信号系统的目的和意义 . 1 动助力转向系统的优点 . 1 动助力转向的优点 . 1 动助力转向励信号系统的优点 . 2 动助力转向系统的国内外发展现状 . 3 设计研究的内容 . 4 第 2 章电动助力转向励信号系统 . 动助力转向励信号系统的组成 . 6 动助力转向励信号系统的结构 . 6 动助力的理论分析 . 引言 . 7 型助力曲线 . 7 章小结 . 9 第 3 章硬件的设计 . 10 动助力转向励信号系统的总体结构 . 10 据采集卡 . 11 号放大器的设计 . 12 片的选择 . 12 动电路的设计 . 13 章小结 . 14 第 4 章电动助力转向励信号的生成 . 15 简介 . 15 号的生成 . 16 章小结 . 19 黑龙江工程学院本科生毕业设计第 5 章实验分析 . 21 介 . 21 验仪器 . 21 矩与电动机助力电流的理论关系验过程 . 22 验结果 . 24 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章绪论究电动助力转向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、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验室阶段的开发和测试。汽车电动助力转向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）来驱动正常工作。而现在励信号系统还利用了司的拟仪器技术，开发上位机操作界面，通过数据采集卡连接，上位机可以很好的实现系统各种信号的显示和控制。电动助力转向励信号系统就是用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。动助力转向系统的优点动助力转向的优点 1提高了汽车的操纵性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黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 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，而以在下很好地工作，基本上不存在受温度影响的问题。动助力转向励信号系统的优点（ 1）模拟产生各种信号主要是利用司的件，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）信号输出简单司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 ( 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机。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，电动机黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 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，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后又应用在车上， 1993 年本田汽车公司在爱克车上装备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世纪九十年代初期，日本铃木，本田，三菱，美国车公司，德国公司相继推出了自己的装配在车上，此后术得到了飞速的发展。经过 20 几年的发展，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，如本田的菲亚特的中型轿车已经安装田甚至还在其车上装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。日本早期的速时停止工作。新一代的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究领域。 2000 年，昌河北斗汽车率先装配国内研究，器到了推波助澜的作用。之后，广本飞度、上海大众途安、一汽飞路宝、吉利等车型，也纷纷装配了国南方航空动力机械公司的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品也已经装备在其吉利豪黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 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 年销售辆，占全国轿车销售量辆的场份额。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，轿车销量在50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。设计研究的内容（ 1）电动助力转向构电动助力转向后线路图为：产生的信号数据采集卡电压调节器机。（ 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。黑龙江工程学院本科生毕业设计 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 90 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。黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 第 2 章电动助力转向励信号系统动助力转向励信号系统的组成电动助力转向励信号系统主要分为 2 部分，硬件设计与软件的编程。硬件设施主要包括号的数据采集卡、采用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。路连接图动助力转向励信号系统的结构电动助力转向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生的信号通过自身的输入、输出通道传递给数控模块。黑龙江工程学院本科生毕业设计 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）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：动力源是电动机，通常采用无刷永磁式直流电动机，其功能是根据指令产生相应的输出矩转。动助力转向系统的理论分析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。动助力转向系统典型的助力曲线助力特性具有多种曲线形式，图三种典型的力特性曲线。这里将图中助力曲线分为三个区， 0无助力区，0dTdT黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 图型助力曲线（ 1）直线型助力特性图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 a （式中， I 为电机的目标电流；电机工作的最大电流；)(助力特性曲线的斜率，随车速增加而减小；0 （ 2）折线型助力特性图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， )(1 )(2 别为助力特性曲线的斜率，随车速增加而减小；1(1 为 )(2 的方向盘输入扭矩。（ 3）曲线型助力特性 m a xm a a 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 图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 （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。章小结本章主要介绍了电动助力转向励信号系统的组成、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。黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 第 3 章硬件的设计动助力转向励信号系统的总体结构电动助力转向励信号系统大体上是由生的信号、数据采集卡、数控模块和驱动部分组成，总体的框图如图示。图体布置框图黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 据采集卡数据采集机构采用套的数据采集卡，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线便携式多功能数据采集产品。用于 2 位 , 10 k/s 多功能数据采集卡 8 路 12 位模拟输入通道 , 12 条 , 2 路模拟输出 , 1 个计数器若需更高性能 , 可参考便而易于携带的总线供电型设计获取用于仅含板卡的套件可用于 S X、 C 的驱动软件动软件和互式数据记录软件。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。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 C 及自带的量服务软件，为用户自定义的测量系统编程。发了含有生版副本的生套件，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。图据采集卡黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 图据采集卡引脚图选择理由：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。号放大器的设计片的选择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者高到 32V 的电源下，静态电流为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，“ V ”“ V ” 为正负电源端。“输出端。两个信号输入端中，示运放输出端V 为同向输入端，表示运放输出端引脚图如下：黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 图脚图特点： 3偏置电流：最大 100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。图相比例运算放大器电路图如图：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： 0( fi （由图列出黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 11 （ 0 （由此得出 iF 10 1 （闭环电压放大倍数则为 10 1 （可见0为与运算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都很高。式中表示0且，这点和反比例运算不同。当 1R 或者 0 10 这就是电压跟随器。本设计的电压放大倍数为 50100 5111 所以 70章小结本章主要介绍了电动助力转向励信号系统的硬件连接，对其硬件进行讲解，主要包括对据采集卡各引脚功能的介绍、反相放大器在片上的连接电路图等。黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 第 4 章电动助力转向励信号的生成简介 20 多年前，美国国家仪器公司出 “ 软件即是仪器 ” 的虚拟仪器（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。出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在司的生之前，司已经在算机上前的版本。对虚拟仪器和期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前最新版本为 009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、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。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；但此，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，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，黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 用户可以将原有的带有口的仪器、线仪器以及器通过计算机，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。号的生成本设计最主要的就是利用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驾驶员提供合适的助力。一个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) 据采集卡通过计算机连接，驱动完成之后，打开建手。如图 (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0图龙江工程学院本科生毕业设计 17 (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。如图龙江工程学院本科生毕业设计 18 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图龙江工程学院本科生毕业设计 19 (8)将 2 个选择信号合并后与手的数据端连接，加入环后，程序设计完成。如图程序设计完成之后，车速信号从数据采集卡的0矩信号从数据采集卡的1们可以通过调节前面板的车速值与扭矩值来改变送入部的信号电压的大小，从而控制电动机的助力大小。章小结本章对本设计所应用的软件行了简单的介绍 ,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，使收到不同的波形，过内部计算后送给电动机一个合理黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 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。黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 第 5 章试验分析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 90 N m,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则证明电动助力转向系统完好。验仪器笔记本一台 ,据采集卡 ,电压放大器 , 吉利轿车 ,万用表 ,电路连接线若干。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

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