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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)介紹了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的組成，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了分析和研究，建立了系統(tǒng)軟件與硬件連接線路圖，并繪制了不同車速下扭矩與電機(jī)輸出電流之間的曲線關(guān)系圖。
在硬件方面，對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集卡、電壓放大器和ECU進(jìn)行了分析和選擇；在軟件方面，利用LABVIEW軟件模擬產(chǎn)生車速信號(hào)和扭矩信號(hào)。信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡輸送到ECU內(nèi)，ECU通過內(nèi)部的計(jì)算后輸出電流給電機(jī)，使電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的助力。
最后，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，激勵(lì)信號(hào)設(shè)計(jì)是合理的，取得的結(jié)果符合汽車行駛時(shí)的工況。
關(guān)鍵詞：LABVIEW虛擬儀器；ECU激勵(lì)信號(hào)；數(shù)據(jù)采集卡；ECU；轉(zhuǎn)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
朗讀
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II
目 錄
摘要.………………………………………………………………………………….………………....Ⅰ
ABSTRACT………………………………………………………………………………………....Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1研究電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的目的和意義 1
1.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 1
1.2.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn) 1
1.2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 2
1.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.4本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容 4
第2章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng) ….6
2.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的組成 6
2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 6
2.3 電動(dòng)助力的理論分析..................................................................................................7
2.3.1 引言 7
2.3.2 EPS典型助力曲線 7
2.4本章小結(jié) 9
第3章 硬件的設(shè)計(jì) 10
3.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 10
3.2數(shù)據(jù)采集卡 11
3.3信號(hào)放大器的設(shè)計(jì) 12
3.3.1 芯片的選擇 12
3.3.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 13
3.4 本章小結(jié) 14
第4章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)的生成 15
4.1 LABVIEW的簡(jiǎn)介 15
4.2 信號(hào)的生成 16
4.3本章小結(jié) 19
第5章 實(shí)驗(yàn)分析 21
5.1 簡(jiǎn)介 21
5.2 實(shí)驗(yàn)儀器 21
5.3扭矩與電動(dòng)機(jī)助力電流的理論關(guān)系……………………………………………….21
5.4 實(shí)驗(yàn)過程 22
5.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果 24
5.6本章小結(jié) 24
結(jié)論 25
參考文獻(xiàn) 26
致謝 28
附錄A 外文文獻(xiàn) 29
附錄B 外文文獻(xiàn)的中文翻譯 32
第1章 緒 論
1.1研究電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的目的和意義
隨著社會(huì)生活水平提高和消費(fèi)者需求多樣化,現(xiàn)代汽車的性能和配置不斷地提高,增加了汽車工程測(cè)試的復(fù)雜程度。汽車工程測(cè)試中,經(jīng)常需要測(cè)量多種信號(hào)并進(jìn)行分析,如車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、側(cè)傾角、俯仰角、橫向加速度、縱向加速度、車體變形、電壓、電流、溫度、CAN總線信號(hào)、油液壓力、真空度等。一方面,汽車工程測(cè)試不斷向著多物理量、高精度、大數(shù)據(jù)量、自動(dòng)化的方向發(fā)展,另一方面,傳統(tǒng)儀器由于功能固化、數(shù)據(jù)處理及分析能力差、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量少等原因,越來越難以滿足現(xiàn)代化汽車測(cè)試的需要。為了方便ECU的開發(fā)與測(cè)試，除了真實(shí)的汽車環(huán)境外，往往還需要些模擬的汽車環(huán)境用于ECU實(shí)驗(yàn)室階段的開發(fā)和測(cè)試。汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的開發(fā)主要使用各種信號(hào)模擬系統(tǒng)產(chǎn)生各種真實(shí)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向信號(hào)（例如方向盤扭矩信號(hào)和車輪車速信號(hào)）來驅(qū)動(dòng)ECU的正常工作。而現(xiàn)在ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)還利用了VI公司的LABVIEW虛擬儀器技術(shù)，開發(fā)上位機(jī)操作界面，通過USB與數(shù)據(jù)采集卡連接，上位機(jī)可以很好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種信號(hào)的顯示和控制。
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)就是用LABVIEW軟件生成的信號(hào)模擬實(shí)際通過傳感器得到的信號(hào)（如車速信號(hào)，扭矩信號(hào)），并將生成的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡送給ECU，ECU通過內(nèi)部的運(yùn)算后送給電動(dòng)機(jī)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娏?，從而控制電?dòng)機(jī)的助力大小。
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的作用主要是通過調(diào)節(jié)信號(hào)的大小來測(cè)量出電動(dòng)機(jī)輸出端電流值，繪制出同一車速下，不同扭矩與電動(dòng)機(jī)輸出電流之間的曲線圖，在與理論分析得到的扭矩—電動(dòng)機(jī)輸出電流曲線圖進(jìn)行對(duì)比，從而檢測(cè)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是改變和保持汽車行駛方向的裝置，它直接影響了汽車的操控性和穩(wěn)定性，是汽車的重要性能之一。
1.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
1.2.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)
1．提高了汽車的操縱性能
EPS能在各種行駛工況下提供最佳助力，減少由路面不平所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減小汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動(dòng)安全性。并且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向力特性來滿足不同對(duì)象使用的需要，提高了低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性。該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，特別是在停車時(shí)，可獲得最大的轉(zhuǎn)向動(dòng)力。
2．提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和減少對(duì)環(huán)境的污染
裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，在不轉(zhuǎn)向情況下、裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛燃油消耗降低％，在使用轉(zhuǎn)向情況下，燃油消耗降低了％。同時(shí)EPS沒有液壓回路，不存在滲油的問題，因而減少了對(duì)環(huán)境的污染。
3．增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性和可靠性
在EPS系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向。這樣增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)部分的阻尼也使得車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減小。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力大大增強(qiáng)。
4．質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊
該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，在停車時(shí)，也可以獲得最大的轉(zhuǎn)向助力。同時(shí)省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、密封件、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪等，其零件比HPS大大減少，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置的選擇方面也更容易，裝配自動(dòng)化程度更高，維修更簡(jiǎn)單。同時(shí)由于液壓油在低溫時(shí)的粘度很大，存在低溫時(shí)必須有個(gè)加溫的過程，而EPS可以在-40℃以下很好地工作，基本上不存在受溫度影響的問題。
1.2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
（1）模擬產(chǎn)生各種信號(hào)
主要是利用NI公司的LABVIEW軟件，通過對(duì)所需的信號(hào)編程，產(chǎn)生信號(hào)（正弦波，脈沖波，三角波等），然后將信號(hào)的波形通過DAQ輸送出去，通過調(diào)節(jié)控制旋鈕來改變輸出信號(hào)的大小，從而達(dá)到檢測(cè)系統(tǒng)的效果。
（2）信號(hào)輸出簡(jiǎn)單
NI公司LABVIEW虛擬儀器技術(shù)的信號(hào)產(chǎn)生與輸出是一起的，他主要是通過數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)的USB端口與電腦連接，然后另一端作為輸入端與所需要的儀器連接到一起，進(jìn)而將信號(hào)輸入。尤其注意的是，如果輸出信號(hào)的電壓與接收儀器的允許電壓不相符合，那將連接一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，將輸入電壓調(diào)節(jié)到一起所允許的范圍內(nèi)。
（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的檢測(cè)
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)主要的影響信號(hào)有2種：車速信號(hào)和扭矩信號(hào)。連接的線路如下：產(chǎn)生的信號(hào)→數(shù)據(jù)采集卡→電壓調(diào)節(jié)器→ECU→電機(jī)。ECU是用已經(jīng)編好的程序，他將對(duì)輸送過來的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，然后輸送一個(gè)電流給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)接收信號(hào)后會(huì)按照命令進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。我們可以調(diào)節(jié)信號(hào)旋鈕來觀察電機(jī)的運(yùn)行狀況，從而檢測(cè)ECU。
1.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
在國(guó)外，各大汽車公司對(duì)汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究有20多年歷史，隨著近年來電子控制技術(shù)的成熟和成本的降低，EPS越來越受到人們的重視，并以其具有傳統(tǒng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，迅速邁向了應(yīng)用領(lǐng)域。
自1953年美國(guó)通用汽車公司在別克轎車上使用液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以來，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)給汽車到來了巨大的變化，幾十年來的技術(shù)革新使液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展異常迅速，出現(xiàn)了電控式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1988年2月日本鈴木公司首先在其Cervo車上裝備了EPS，隨后又應(yīng)用在Alto汽車上，1993年本田汽車公司在愛克NSX跑車上裝備EPS并取得了良好的市場(chǎng)效果；1999年奔馳和西門子公司開始投巨資開發(fā)EPS。上世紀(jì)九十年代初期，日本鈴木，本田，三菱，美國(guó)Delph汽車公司，德國(guó)ZF等公司相繼推出了自己的EPS,并裝配在Ford Fiesta和Mazda323F等車上，此后EPS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。
經(jīng)過20幾年的發(fā)展，EPS技術(shù)日趨完善。其應(yīng)用范圍已經(jīng)從最初的微型轎車向更大型轎車和商用客車 方向發(fā)展，如本田的Accord和菲亞特的Punto等中型轎車已經(jīng)安裝EPS，本田甚至還在其Acura NSX賽車上裝EPS。EPS的助力型式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式與功能也進(jìn)一步加強(qiáng)。日本早期的EPS僅僅在低速和停車時(shí)提供助力，高速時(shí)EPS將停止工作。新一代的EPS則不僅在低速和停車時(shí)提供助力，而且還能在高速時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性。由 Delphi為Punto車開發(fā)的EPS屬全速范圍助力型，并且 首次設(shè)置了兩個(gè)開關(guān)，其中一個(gè)用于郊區(qū)，另一個(gè)用于市區(qū)和停車。當(dāng)車速大于70km/h后，這兩種開關(guān)設(shè)置的程序則是一樣的，以保證汽車在高速時(shí)有合適的 路感。這樣即使汽車行駛到高速公路時(shí)駕駛員忘記切 換開關(guān)也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。市區(qū)型開關(guān)還與油門相關(guān)， 使得在踩油門加速和松油門減速時(shí)，轉(zhuǎn)向更平滑。
在國(guó)內(nèi)，1992年清華大學(xué)開始設(shè)計(jì)EPS的相關(guān)研究工作，隨后吉林大學(xué)、武漢理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、華南理工大學(xué)、江蘇大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等院校和科研單位紛紛開展了EPS的研究，此外，電子行業(yè)中的不少科研部門和生產(chǎn)廠家也紛紛介入EPS研究領(lǐng)域。2000年，昌河北斗汽車率先裝配EPS，對(duì)國(guó)內(nèi)EPS的研究，器到了推波助瀾的作用。之后，廣本飛度、上海大眾途安、一汽-大眾凱迪、哈飛路寶、吉利等車型，也紛紛裝配了EPS。中國(guó)南方航空動(dòng)力機(jī)械公司的DFL系列已經(jīng)進(jìn)入小批量生產(chǎn)，吉利汽車集團(tuán)開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EPS產(chǎn)品也已經(jīng)裝備在其吉利豪情等系列轎車上。一汽轎車也準(zhǔn)備安裝國(guó)產(chǎn)電動(dòng)轉(zhuǎn)向器，正在尋求有實(shí)力的合作伙伴。重慶的長(zhǎng)安鈴木、長(zhǎng)安福特的代表也參加了電動(dòng)轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議尋找合作伙伴，準(zhǔn)備在其生產(chǎn)的新車型中試裝電動(dòng)轉(zhuǎn)向器，如廣州本田飛度轎車2003年銷售1.66萬輛，占全國(guó)1.3-1.6L的轎車銷售量30.5萬輛的5.4%市場(chǎng)份額。說明齒輪齒條式的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品已逐漸打開了市場(chǎng)。2007轎車銷量在200多萬輛，的轎車銷量在50-60萬輛左右，說明裝配電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品的市場(chǎng)潛力還是很大的。目前21個(gè)汽車廠家的43給我品種均可安裝電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品。這些廠家分別是：重慶長(zhǎng)安、奧拓、領(lǐng)養(yǎng)、吉利、美日豪情、奇瑞QQ、天津豐田、威馳、悅達(dá)起亞、千里馬、東南汽車、菱帥。可以預(yù)測(cè)到2010年末我國(guó)適合安裝的轎車有140萬輛，微型和輕型卡車包括皮卡有40萬輛，電動(dòng)轉(zhuǎn)向器的需求大約共為180萬套。
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力來幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，信號(hào)傳感裝置（包括扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感器），轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)（電機(jī)、離合器、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）及電子控制裝置。電動(dòng)機(jī)僅在需要助力時(shí)工作，駕駛員在操縱方向盤時(shí)，扭矩轉(zhuǎn)角傳感器根據(jù)輸入扭矩和轉(zhuǎn)向角的大小產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)，車速傳感器檢測(cè)到車速信號(hào)，控制單元根據(jù)電壓和車速的信號(hào)，給出指令控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)向助力。
1.4 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容
（1）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)主要是將由LABVIEW軟件生成的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡送給ECU，然后ECU通過內(nèi)部運(yùn)算后輸出適當(dāng)?shù)碾娏骺刂齐妱?dòng)機(jī)。其線路圖為：產(chǎn)生的信號(hào)→數(shù)據(jù)采集卡→電壓調(diào)節(jié)器→ECU→電機(jī)。
（2）軟件部分——信號(hào)的生成
由于控制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的信號(hào)太多，例如噪音，溫度，車輪轉(zhuǎn)速，車速，扭矩等。對(duì)于初學(xué)者來說，將所有的信號(hào)全部產(chǎn)生并輸送給控制模塊這個(gè)過程有點(diǎn)復(fù)雜，難度相對(duì)較大，所以我就選擇2個(gè)主要的信號(hào)（車速信號(hào)和扭矩信號(hào)）作為控制信號(hào)來說明如何用NI信號(hào)控制與檢測(cè)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
（3）硬件部分——電壓放大器的制作
用LABVIEW軟件產(chǎn)生的信號(hào)，其信號(hào)電壓與儀器的接收信號(hào)的電壓必須相符合，然而經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡USB608輸出的信號(hào)電壓為5V，吉利控制模塊接受的電壓為12V，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)電壓放大器，將數(shù)據(jù)采集卡的輸入信號(hào)電壓放大后再輸送給吉利控制模塊，使其能夠接收。
（4）實(shí)驗(yàn)檢測(cè)
實(shí)驗(yàn)檢測(cè)部分主要是將電路連接好之后，控制車速值分別為某一定值（如2km/h,15km/h和45km/h）,調(diào)節(jié)扭矩值由Nm逐漸變化，繪制出實(shí)際的扭矩—電動(dòng)機(jī)輸出電流曲線圖，在與理論分析得到的扭矩—電動(dòng)機(jī)輸出電流曲線圖對(duì)比，如果曲線一致，則電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完好；如果不一致，則需檢查系統(tǒng)。
第2章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)
2.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的組成
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)主要分為2部分，硬件設(shè)計(jì)與軟件的編程。硬件設(shè)施主要包括USB-6008型號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡、采用LM324芯片設(shè)計(jì)的反向電壓放大器和吉利數(shù)控模塊；軟件部分主要是通過對(duì)LABVIEW軟件的編程，生成2種控制信號(hào)，即車速信號(hào)和扭矩信號(hào)。然后將軟件與硬件連接起來，通過控制信號(hào)的大小來檢測(cè)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好壞。
2.1電路連接圖
2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集卡、電壓放大器、數(shù)控模塊和電機(jī)組成。
（1）數(shù)據(jù)采集卡：數(shù)據(jù)采集卡的作用是將LABVIEW產(chǎn)生的信號(hào)通過自身的輸入、輸出通道傳遞給數(shù)控模塊。
（2）電壓放大器：電壓放大器的任務(wù)就是將由數(shù)據(jù)采集卡出來的5V的車速信號(hào)放大到12V。
（3）ECU：ECU主要是接收所有的信號(hào)，然后通過內(nèi)部的程序計(jì)算出輸出的電流傳給電機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。
（4）電動(dòng)機(jī)：EPS的動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)，通常采用無刷永磁式直流電動(dòng)機(jī)，其功能是根據(jù)ECU的指令產(chǎn)生相應(yīng)的輸出矩轉(zhuǎn)。
2.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的理論分析
2.3.1 引言
配備電動(dòng)助力裝置的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，應(yīng)盡量不悖于駕駛員原有的駕駛習(xí)慣，這樣駕駛員才能在轉(zhuǎn)向時(shí)得心應(yīng)手。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩與助力矩之間的理想關(guān)系應(yīng)具備以下幾點(diǎn)：
（1）在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩很小的區(qū)域內(nèi)希望助力矩越小越好，甚至不施加助力，以便保持較好的路感和節(jié)約能源。
（2）在低速行駛低速轉(zhuǎn)向過程中，為使轉(zhuǎn)向輕便，降低駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，助力效果應(yīng)當(dāng)明顯。
（3）原地轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向阻力矩相當(dāng)大，此時(shí)應(yīng)盡可能發(fā)揮較大的助力轉(zhuǎn)向效果，且助力矩增幅應(yīng)較大。
（4）隨著車速的增升高，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩很小時(shí)不助力的區(qū)域應(yīng)增大。
（5）原地轉(zhuǎn)向時(shí)，助力矩增加到一定值時(shí)應(yīng)保持恒定，以免助力電動(dòng)機(jī)因負(fù)荷過大而出現(xiàn)故障。
（6）形式轉(zhuǎn)向時(shí)，助力矩增加到一定值時(shí)也應(yīng)保持恒定，以便駕駛員駕駛時(shí)可以明顯感到路面反力的增加，知道安全駕駛。
（7)高速行駛時(shí)停止助力，以便駕駛員獲得良好的路感，保證行車安全。
（8）助力矩不能大于同工礦下無助力時(shí)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)，即助力矩應(yīng)小于轉(zhuǎn)向阻力局，否則將出現(xiàn)“打手”現(xiàn)象。
（9）各區(qū)段過度要平滑，以避免操舵力出現(xiàn)跳躍感。
2.3.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)典型的助力曲線
EPS的助力特性具有多種曲線形式，圖2.2為三種典型的EPS助力特性曲線。這里將圖中助力曲線分為三個(gè)區(qū)，0≤≤區(qū)為無助力區(qū)，≤≤區(qū)為助力變化
圖2.2 EPS典型助力曲線
（1）直線型助力特性
圖2.2.a為直線型助力特性曲線，它的特點(diǎn)是在助力變化區(qū)，助力與方向盤扭矩成線性關(guān)系。該助力特性曲線可以用下列函數(shù)表示
（2.1）
式中，I為電機(jī)的目標(biāo)電流；Imax為電機(jī)工作的最大電流；為方向盤的輸入扭矩；為助力特性曲線的斜率，隨車速增加而減?。粸檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)開始助力時(shí)的方向盤輸入扭矩，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供最大助力時(shí)的方向盤輸入扭矩。
（2）折線型助力特性
圖2.2.b所示為典型的折線型助力特性曲線，它的特點(diǎn)是在助力變化區(qū)，助力與方向盤扭矩成分段型關(guān)系，該助力特性曲線可以用下列函數(shù)表示。
（2.2）
式中，，分別為助力特性曲線的斜率，隨車速增加而減??；為助力特性曲線梯度由變?yōu)闀r(shí)的方向盤輸入扭矩。
（3）曲線型助力特性
圖2.2.c為典型曲線型助力特性曲線，它的特點(diǎn)是在助力變化區(qū)，助力與方向盤輸入扭矩成非線性關(guān)系，該助力特性曲線用以下函數(shù)表示。
（2.3）
比較上述三種助力特性曲線，直線型助力特性最簡(jiǎn)單，有利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且在實(shí)際中調(diào)整容易；曲線型助力特性曲線有利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)、均勻助力，但控制復(fù)雜、調(diào)整不方便；折線型助力特性則介于兩者之間，從設(shè)計(jì)、調(diào)整和實(shí)用的角度看，采用直線型助力特性可以基本滿足實(shí)際需要。
2.3本章小結(jié)
本章主要介紹了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)，通過理論分析，確定了在一定車速下的電動(dòng)機(jī)的助力大小。
第3章 硬件的設(shè)計(jì)
3.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)大體上是由LABVIEW產(chǎn)生的信號(hào)、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)控模塊和驅(qū)動(dòng)部分組成，總體的框圖如圖3.1所示。
圖3.1 總體布置框圖
3.2數(shù)據(jù)采集卡
數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)采用LABVIEW配套的數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)的采集和反饋都經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)的通訊通過數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連，直接與軟件建立聯(lián)系。
試驗(yàn)信號(hào)采集系統(tǒng)采用USB-6008USB總線便攜式多功能數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。用于USB的12位, 10 k/s多功能數(shù)據(jù)采集卡8路12位模擬輸入通道, 12條DIO線, 2路模擬輸出, 1個(gè)計(jì)數(shù)器若需更高性能, 可參考NI USB-6210和NI USB-6211方便而易于攜帶的總線供電型設(shè)計(jì)獲取用于OEM的僅含板卡的套件可用于Windows、Mac OS X、Linux和Pocket PC的驅(qū)動(dòng)軟件NI-DAQ驅(qū)動(dòng)軟件和NI LABVIEW Signal Express交互式數(shù)據(jù)記錄軟件。
NI USB-6008具有基本的數(shù)據(jù)采集功能，其應(yīng)用范圍包括簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄、便攜式測(cè)量和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。 該產(chǎn)品價(jià)位適于學(xué)生購(gòu)買，但其強(qiáng)大的功能足以用于更為復(fù)雜的測(cè)量應(yīng)用。 NI USB-6008帶有現(xiàn)成的數(shù)據(jù)記錄軟件，能在數(shù)分鐘內(nèi)開始基本的測(cè)量應(yīng)用；也可使用LABVIEW或C及自帶的NI-DAQ Base測(cè)量服務(wù)軟件，為用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)編程。NI開發(fā)了含有LABVIEW學(xué)生版副本的USB-6008學(xué)生套件，為仿真、測(cè)試和自動(dòng)化的理論性課程補(bǔ)充了實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)。上述套件僅供學(xué)生使用，是功能優(yōu)、價(jià)格低、實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)習(xí)工具。
圖3.2 USB-6008數(shù)據(jù)采集卡
圖3.3 USB-6008數(shù)據(jù)采集卡引腳圖
選擇理由：NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡具有基本的數(shù)據(jù)采集功能，能夠滿足電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，而且也具備功能優(yōu)、價(jià)格低、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。
3.3 信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)
3.3.1 芯片的選擇
LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，他們有一些顯著優(yōu)點(diǎn).該四放大器可以工作在低到3.0V或者高到32V的電源下，靜態(tài)電流為MC1471的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引腳，其中“+”“-”為兩個(gè)信號(hào)的輸入端，“”“”為正負(fù)電源端?！啊睘檩敵龆恕蓚€(gè)信號(hào)輸入端中，為反向輸入端，表示運(yùn)放輸出端的信號(hào)與該輸入端的位反向；為同向輸入端，表示運(yùn)放輸出端的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324的引腳圖如下：
圖3.4 LM324引腳圖
LM324的特點(diǎn)：1.短路保護(hù)輸出 2.真差動(dòng)輸入級(jí) 3.可單電源工作：3-32V 低偏置電流：最大100nA 4.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?5.輸入端有靜電保護(hù)功能 6.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列
3.3.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
同相輸入比例運(yùn)算放大器
如果輸入信號(hào)從同相輸入端引入的運(yùn)算，便是同相運(yùn)算。
圖3.5同相比例運(yùn)算放大器電路圖
如圖：3.5是同相比例運(yùn)算電路，根據(jù)理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)的分析依據(jù)：
(3.1)
（3.2）
由圖3.5可列出
（3.3）
（3.4） 由此得出
（3.5）
閉環(huán)電壓放大倍數(shù)則為
（3.6）
可見與間的比例關(guān)系也可以認(rèn)為與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無關(guān)，其精度和穩(wěn) 定性都很高。式中為正值，這表示與同相，并且總是大于或等于1，這點(diǎn)和反比例運(yùn)算不同。
當(dāng)或者時(shí)，則
（3.7）
這就是電壓跟隨器。
本設(shè)計(jì)的電壓放大倍數(shù)為
所以
3.4 本章小結(jié)
本章主要介紹了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的硬件連接，對(duì)其硬件進(jìn)行講解，主要包括對(duì)USB-6008數(shù)據(jù)采集卡各引腳功能的介紹、反相放大器在LM324芯片上的連接電路圖等。
第4章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)的生成
4.1 LABVIEW的簡(jiǎn)介
20多年前，美國(guó)國(guó)家儀器公司NI（National Instruments）提出“軟件即是儀器”的虛擬儀器（VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長(zhǎng)驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。
所謂虛擬儀器，實(shí)際上就是一種基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試儀器系統(tǒng)。虛擬儀器通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量，控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。從發(fā)展史看，電子測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器，由于計(jì)算機(jī)性能以摩爾定律（每半年提高一倍）飛速發(fā)展，已把傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面，并給虛擬儀器生產(chǎn)廠家不斷帶來較高的技術(shù)更新速率。虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LABVIEW2.0以前的版本。對(duì)虛擬儀器和LABVIEW長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。目前LABVIEW的最新版本為L(zhǎng)ABVIEW2009，LABVIEW 2009為多線程功能添加了更多特性，這種特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LABVIEW軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LABVIEW Real-Time工具對(duì)嵌入式平臺(tái)開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。
LABVIEW程序又稱為虛擬儀器，它的表現(xiàn)形式和功能類似于實(shí)際的儀器；但LABVIEW程序很容易改變?cè)O(shè)置和功能。因此，LABVIEW特別適用于實(shí)驗(yàn)室、多品種小批量的生產(chǎn)線等需要經(jīng)常改變儀器和設(shè)備的參數(shù)和功能的場(chǎng)合，及對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析研究、傳輸?shù)葓?chǎng)合。
總之，由于LABVIEW能夠?yàn)橛脩籼峁┖?jiǎn)明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡(jiǎn)化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時(shí)簡(jiǎn)便，深受用戶青睞。與傳統(tǒng)的編程語言比較，LABVIEW圖形編程方式能夠節(jié)省85％以上的程序開發(fā)時(shí)間，其運(yùn)行速度卻幾乎不受影響，體現(xiàn)出了極高的效率。使用虛擬儀器產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要重新構(gòu)筑新的儀器系統(tǒng)。例如，用戶可以將原有的帶有RS232接口的儀器、 VXI總線儀器以及GPIB儀器通過計(jì)算機(jī)，聯(lián)接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和操作。
4.2信號(hào)的生成
本設(shè)計(jì)最主要的就是利用LABVIEW編程產(chǎn)生的信號(hào)代替通過傳感器產(chǎn)生的信號(hào),然后將產(chǎn)生的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡送給ECU，ECU經(jīng)過判斷對(duì)助力電機(jī)進(jìn)行控制，給駕駛員提供合適的助力。
一個(gè)LABVIEW是由前面板和程序框圖組成的。前面板是用戶接口，用于向程序中輸入各種控制參數(shù)，并以數(shù)字或圖形等各種形式輸出測(cè)試結(jié)果?？梢园阉胂鬄閭鹘y(tǒng)一起的面板，面板上自然會(huì)有表頭、按鈕、撥盤等各種元件。程序框圖是程序的源代碼,可以把它想象為傳統(tǒng)儀器里用來實(shí)現(xiàn)儀器功能的零部件。
信號(hào)模擬輸出的過程：
(1) USB-6008數(shù)據(jù)采集卡通過USB與計(jì)算機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)完成之后，打開LABVIEW軟件，創(chuàng)建DAQ助手。如圖4.1
4.1 NI-DAQ圖
(2) 選擇生成信號(hào)→模擬輸出→電壓后，單擊完成，在彈出的面板上選擇信號(hào)的輸出通道和。如圖4.2
4.2DAQ通道設(shè)置圖
(3) 調(diào)節(jié)信號(hào)的生成模式為連續(xù)采樣，測(cè)試信號(hào)類型為正弦波，然后單擊確定。
(4) 通過仿真信號(hào)生成車速信號(hào)，用正弦波表示。如圖4.3
4.3 車速仿真信號(hào)圖
(5) 通過仿真信號(hào)生成扭矩信號(hào)，用方波表示。如圖4.4
4.4 扭矩仿真信號(hào)圖
(6)設(shè)定車速信號(hào)與扭矩信號(hào)的幅值為1、相位為0。車速信號(hào)的頻率設(shè)定為50，扭矩信號(hào)的頻率設(shè)定為10。如圖4.5
4.5 車速信號(hào)與扭矩信號(hào)圖
(7)在程序面板上創(chuàng)建2個(gè)選擇信號(hào)，分別選擇車速信號(hào)與扭矩信號(hào)的輸出通道AO0和AO1。如圖4.6
4.6選擇信號(hào)圖
(8)將2個(gè)選擇信號(hào)合并后與DAQ助手的數(shù)據(jù)端連接，加入While循環(huán)后，程序設(shè)計(jì)完成。如圖4.7
4.7信號(hào)輸出程序框圖
程序設(shè)計(jì)完成之后，車速信號(hào)從數(shù)據(jù)采集卡的端輸出，扭矩信號(hào)從數(shù)據(jù)采集卡的端輸出，我們可以通過調(diào)節(jié)前面板的車速值與扭矩值來改變送入ECU內(nèi)部的信號(hào)電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的助力大小。
4.3 本章小結(jié)
本章對(duì)本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的軟件LABVIEW進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹,包括它的歷史，與優(yōu)勢(shì)以及使用方法，利用設(shè)計(jì)中的圖形說明本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程，通過調(diào)節(jié)車速值和扭矩值來控制輸出波形，使ECU接收到不同的波形，ECU通過內(nèi)部計(jì)算后送給電動(dòng)機(jī)一個(gè)合理的助力電流，通過理論電流與實(shí)際電流的對(duì)比，達(dá)到檢測(cè)系統(tǒng)的目的。
第5章 試驗(yàn)分析
5.1 簡(jiǎn)介
本設(shè)計(jì)在理論分析的基礎(chǔ)上，為驗(yàn)證電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)際效果同時(shí)也為控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)的方便，進(jìn)行了硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)。分別對(duì)ECU進(jìn)行了在不同車速條件下方向盤轉(zhuǎn)矩和電機(jī)助力之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，例如通過LABVIEW軟件控制車速信號(hào)的值分別為2km/h、15km/h和45km/h，然后在任一車速下調(diào)節(jié)扭矩值，由N·m,用萬用表來測(cè)出電動(dòng)機(jī)輸出端得電流大小。如果電流的變化與理想的轉(zhuǎn)矩-電動(dòng)機(jī)助力目標(biāo)電流圖相符合，則證明電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完好。
5.2 實(shí)驗(yàn)儀器
筆記本一臺(tái) ,USB-6008數(shù)據(jù)采集卡 ,電壓放大器, ECU ,吉利轎車 ,萬用表 ,電路連接線若干。
5.3轉(zhuǎn)矩—電動(dòng)機(jī)助力電流的理論關(guān)系
助力控制是汽車在低速行駛過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，為減輕轉(zhuǎn)向盤的操縱力，使其轉(zhuǎn)向操縱輕便，靈敏，可通過減速機(jī)構(gòu)把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩作用到機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的一種基本控制模式。該模式是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)電流成比例的特性，由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)器檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速傳感器檢測(cè)的車速信號(hào)輸入控制器中，根據(jù)預(yù)算的不同車速下“轉(zhuǎn)矩—電動(dòng)機(jī)助力電流圖”（圖5.1），確定出電動(dòng)機(jī)助力的目標(biāo)電流。
圖5.1 轉(zhuǎn)矩-電動(dòng)機(jī)助力電流圖
當(dāng)轉(zhuǎn)向盤力矩的值小于1N·m時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流為0，即電機(jī)無助力扭矩輸出，這樣就有效的消除了由于系統(tǒng)太過敏感而導(dǎo)致來自于車輪或系統(tǒng)干擾輸入而對(duì)車輛的操作穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向路感造成不利影響。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤力矩的值大于1N·m、車速低于80km/h時(shí)，電機(jī)電流隨著轉(zhuǎn)向盤扭矩的增加而增加，即輸出助力扭矩隨著轉(zhuǎn)向盤扭矩的增加而增加；當(dāng)車速超過80km/h時(shí)，此時(shí)不需要進(jìn)行助力控制，助力電機(jī)停止工作，并與電磁離合器處于脫離狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤輸入力矩大于某一設(shè)定值（如車速在km/h時(shí)設(shè)定值為8N·m、車速在km/h時(shí)設(shè)定值為9N·m）,流過電機(jī)電流達(dá)到最大值，即助力扭矩達(dá)到飽和狀態(tài)。車速越低、助力越大；車速越高、助力越小。當(dāng)車速大于一定值時(shí)，取消助力，將電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)，使汽車高速行駛時(shí)方向感沉穩(wěn)，行駛安全。
5.4 實(shí)驗(yàn)過程
（1）打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行編輯的程序，檢驗(yàn)產(chǎn)生的信號(hào)是否正常運(yùn)行。
（2）將USB-6008數(shù)據(jù)采集卡與電腦連接，然后啟動(dòng)MER軟件，此時(shí)數(shù)據(jù)采集卡的紅燈亮則表示數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)與電腦連接，然后將產(chǎn)生的車速信號(hào)和扭矩信號(hào)分別通過數(shù)據(jù)采集卡的A0端和A1端輸出。
（3）由于ECU接收的車速信號(hào)電壓為12V，轉(zhuǎn)矩信號(hào)電壓為5V，而通過數(shù)據(jù)采集卡輸出的電壓為5V，所以需要將車速信號(hào)的電壓放大后輸出給ECU。將數(shù)據(jù)采集卡的A0端連接已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電壓放大器的輸入端,其輸出端作為信號(hào)的輸入端。
（4）觀察吉利汽車ECU的引腳圖，找到車速信號(hào)引腳和扭矩信號(hào)引腳分別為A5、B4,用電路連線從引腳處引出2跟線作為信號(hào)的接收端，然后將USB-6008的A1通道與扭矩信號(hào)連線連接，電壓放大器的輸出端與車速信號(hào)連線連接。
圖5.2 數(shù)控模塊的引腳圖
（5）通過LABVIEW軟件對(duì)車速信號(hào)值進(jìn)行控制，車速信號(hào)的值分別為2km/h,15km/h，45km/h。在車速信號(hào)值為2km/h時(shí)，調(diào)節(jié)扭矩信號(hào)值，通過萬用表測(cè)出電機(jī)電流的變化，繪制扭矩與電機(jī)電流的關(guān)系曲線，如圖5.2,車速在2km/h,在輸入扭矩小于1N·m時(shí)，電動(dòng)機(jī)不助力；大于1N·m后，輸入扭矩越大，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩越大，電流也越大；到輸入扭矩為8N·m以后，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩恒定不變，電流也恒定不變。
圖5.3車速值為2km/h時(shí)，扭矩與輸出電流之間的關(guān)系
如圖5.4，車速在15km/h,在輸入扭矩小于1N·m時(shí)，電動(dòng)機(jī)不助力；大于1N·m后，輸入扭矩越大，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩越大，電流也越大；到輸入扭矩為9N·m以后，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩恒定不變，電流也恒定不變。
圖5.4車速值為15km/h時(shí)，扭矩與輸出電流之間的關(guān)系
車速在45km/h,在輸入扭矩小于1N·m時(shí)，電動(dòng)機(jī)不助力；大于1N·m后，輸入扭矩越大，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩越大，電流也越大；到輸入扭矩為9N·m以后，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩恒定不變，電流也恒定不變。
圖5.5車速值為45km/h時(shí)，扭矩與輸出電流之間的關(guān)系
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：同一車速下，隨著方向盤扭矩的增大，電機(jī)的轉(zhuǎn)向助力越來越??；同一扭矩下，隨著車速的增加，電機(jī)的轉(zhuǎn)向助力也越來越小。
5.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1．在零車速下，助力轉(zhuǎn)向時(shí)的方向盤轉(zhuǎn)矩明顯小于不助力轉(zhuǎn)向時(shí)，說明電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠使駕駛更加輕便、靈活。
2. 繪制出相同車速下，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力值隨方向盤轉(zhuǎn)矩的增大基本呈線性減??；
3．在不同的車速下，車速快時(shí)的電動(dòng)助力小于車速慢時(shí)的電動(dòng)助力。
4. 車速很快時(shí)，電動(dòng)機(jī)一般不提供助力，保證汽車行駛時(shí)的方向穩(wěn)定性。
5.6本章小結(jié)
本章主要介紹電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)性能。通過各種實(shí)驗(yàn)繪制出實(shí)際的扭矩-電動(dòng)機(jī)電流曲線圖，與理論的扭矩-電動(dòng)機(jī)電流曲線對(duì)比后判斷ECU系統(tǒng)的好與壞。
結(jié) 論
本文對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括軟件編程，硬件設(shè)計(jì)和電路的連接等幾個(gè)環(huán)節(jié)，最終達(dá)到通過調(diào)節(jié)信號(hào)的值來檢驗(yàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目的。通過分析，得到以下主要結(jié)論：
（1）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展前景很好：汽車工程測(cè)試中,經(jīng)常需要測(cè)量多種信號(hào)并進(jìn)行分析,如車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、側(cè)傾角、俯仰角、橫向加速度、縱向加速度、車體變形、電壓、電流、溫度、CAN總線信號(hào)、油液壓力、真空度等，加大了現(xiàn)代化汽車測(cè)試的難度。為了方便ECU的開發(fā)與測(cè)試，除了真實(shí)的汽車環(huán)境外，往往還需要些模擬的汽車環(huán)境用于ECU實(shí)驗(yàn)室階段的開發(fā)和測(cè)試，這就注定ECU激勵(lì)信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展會(huì)將越來越好。
（2）通過運(yùn)用LABVIEW產(chǎn)生信號(hào)檢驗(yàn)了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好與壞，檢驗(yàn)了助力特性滿足穩(wěn)定性的要求，理論上驗(yàn)證了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響。
通過對(duì)ECU激勵(lì)信號(hào)設(shè)計(jì)的研究，本文得到了一些有益的結(jié)論，但由于時(shí)間和條件的限制，認(rèn)為還有進(jìn)一步的工作要做。設(shè)計(jì)中對(duì)LABVIEW的運(yùn)用還不是很熟練，還需要大量的時(shí)間和努力去完成每一個(gè)信號(hào)對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變化的影響，在以后的學(xué)習(xí)中要不斷加強(qiáng)這方面的研究。
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致 謝
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在張金柱老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著張老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，張老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此向張老師老師表示深深的感謝和崇高的敬意。
在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這四年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo)的所有老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
同時(shí)，我還要感謝同組的各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。
最后，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。
附錄A 外文文獻(xiàn)
Electric Power Steering system
1. History
In 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 driver's 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 can't 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