基于LabVIEW的汽车助力转向控制系统设计*

　　引言

　　汽车助力转向系统经历了以机械助力转向、液压助力转向、电控液压助力转向等为主流的阶段。目前电动助力转向系统(EPS)是汽车工程领域的热门课题之一，研究的主要内容是EPS系统的控制规则和硬件控制器的设计。电动助力转向系统具有部件少、结构简单、便于安装及维护等特点，它是通过电机控制转矩机构实现助力转向的。EPS控制系统可根据路况及车况调整、控制电机的助力(或阻尼)状态,大大提高驾驶的转向舒适性。LabVIEW因其具有突出的优点在汽车电子领域有着良好的应用前景。

　　EPS组成及工作原理

　　电动助力转向是在人工机械系统的基础上加入电机作为动力源，用电动动力代替液压动力转向。电动助力是由电机的电气控制来实现对电机的控制，为了分析电机驱动系统的好坏，

　　并检测系统的工作状况，必须要有个系统测试工具来反映出系统的工作状态。基于LabVIEW的虚拟测试系统就可以完成对电动助力转向系统的全面监测。这也是本研究要实现的最终目标。

　　基于LabVIEW的汽车电动助力转向系统主要有以下几个部分构成(见图1)：电子控制单元(ECU)、车速传感器和扭矩传感器、伺服电动机、减速机构和转向柱总成、程序端口和计算机等。其中比较关键的是电子控制单元、信号采集调理电路和计算机虚拟仪器，很大程度上决定着电动助力转向系统的控制效果。

　　EPS系统的运行过程是：汽车处于起动或者低速行驶状态时，操纵转向盘转向，装在转向柱上的扭矩传感器不断检测作用于转向柱扭杆上的扭矩，并将此信号与车速信号同时输入电子控制器和信号采集调理电路，ECU处理器对输入信号进行运算处理，确定助力扭矩的大小和方向，从而控制电动机的电流和转向，电动机经离合器及减速机构将扭矩传递给牵引前轮转向的横拉杆，最终起到为驾驶人员提供辅助转向力的作用。同时转矩信号T和电流信号I经过信号调理以后通过RS-232串口通讯方式输入计算机的LabVIEW虚拟仪器控制程序，进行系统性能综合测试。

　　图1　汽车助力转向系统结构简图

　　系统设计

　　程序模块图

　　汽车助力转向系统主要分为三个模块：输入信号的采集模块、电子控制单元ECU模块和输出执行机构模块(见图2)。

　　图2 汽车助力转向系统的设计框图