汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著人們生活水平的提高，購買汽車已經(jīng)不再是一件很困難的事情了，因此汽車在安全性、舒適性以及穩(wěn)定方面越來越受到大家的關(guān)注，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能是汽車的穩(wěn)定性和安全性的重要指標之一， 助力轉(zhuǎn)向，顧名思義，是協(xié)助駕駛員作汽車方向調(diào)整，為駕駛員減輕打方向盤的用力強度，降

2、低了駕駛員的工作量，對減輕疲勞駕駛有很大的幫助。</p><p>　　本論文首先介紹了傳統(tǒng)的汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程，以及傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理，并在此基礎(chǔ)上提出了本論文的控制流量式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，本人通過建立流量數(shù)學模型，在以單片機為主控芯片的基礎(chǔ)上，設(shè)計了電子控制單元，根據(jù)各個傳感器收集到的信號反饋，來達到準確控制電液比例閥，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。論文在最后的章節(jié)中設(shè)計了試驗測試，檢驗單片機對各

3、個電子系統(tǒng)的控制效果。測試結(jié)果表明，各個電子單元可以正常運行，可以滿足實現(xiàn)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的需要。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽車，單片機，助力轉(zhuǎn)向，駕駛員</p><p>　　AUTO POWER STEERING SYSTEM DESIGN</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　

4、As people living standard rise, buying a car is no longer is a very difficult thing, so cars in safety, comfort and stability of more and more people concern, car turned to the performance of the system is the stability

5、and security of the car important indicators of, power steering, just as its name implies, is to assist the driver for automobile direction adjusted for the drivers of the steering wheel hard reduce strength, and to redu

6、ce the workload of the driver to reduce fatigue driving, has</p><p>　　This paper firstly introduces the traditional vehicle power steering system development course, and traditional hydraulic steering system

7、 principle of work, and proposed in this foundation of this paper control flow type hydraulic steering system, I through the establishment of mathematical model, in order to flow as the controller chip microcontroller we

8、re designed on the basis of the electronic control unit, according to various sensors to collect feedback, the signal to accurate control elect</p><p>　　KEY WORDS： Automobile , Single Chip Micro-computer ,

9、Power Assisted Steering , Driver</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹1</p><p>　　§1. 1 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類1</p><p>　　§1. 2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展過程2</p&g

10、t;<p>　　§1.2.1 傳統(tǒng)的機械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3</p><p>　　§1.2.2 傳統(tǒng)的液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4</p><p>　　第2章液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理分析6</p><p>　　§2.1 液壓控制閥的結(jié)構(gòu)介紹6</p><p>　　§2.2 汽車直線行駛時液壓控制

11、閥的狀態(tài)8</p><p>　　§2.3 汽車左轉(zhuǎn)向時液壓控制閥的狀態(tài)9</p><p>　　§2.4 汽車右轉(zhuǎn)向時液壓控制閥的狀態(tài)10</p><p>　　第3章 汽車液壓式ESP控制系統(tǒng)設(shè)計12</p><p>　　§3.1 液壓式ESP系統(tǒng)工作原理12</p><p>　　

12、§3.2液壓式ESP轉(zhuǎn)向系統(tǒng)13</p><p>　　§3.3 主要元器件介紹15</p><p>　　§3.3.1 單片機15</p><p>　　§3.3.2 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成18</p><p>　　§3.4 單片機控制系統(tǒng)20</p><p>

13、;　　§3.4.1 單片機信號采集系統(tǒng)20</p><p>　　§3.4.2單片機控制系統(tǒng)電路21</p><p>　　§3.5 控制器的設(shè)計23</p><p>　　§3.5.1 控制策略的介紹23</p><p>　　§3.5.2 PID算法24</p><p

14、>　　第4章 汽車液壓式ESP控制系統(tǒng)模擬試驗26</p><p>　　§4.1 液壓式模擬試驗臺工作原理26</p><p>　　§4.2 液壓式模擬試驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計26</p><p>　　§4.2.1 試驗臺測控系統(tǒng)的模擬測試26</p><p>　　§4.2.2 試驗臺測控單元的

15、功能27</p><p>　　§4.3 程序的編寫28</p><p>　　§4.4 傳感器28</p><p>　　§4.4.1 光電車速傳感器28</p><p>　　§4.4.2 光電車速傳感器技術(shù)指標29</p><p>　　§4.4.3 光電車速傳感

16、器技術(shù)性能30</p><p>　　§4.4.4 光電車速傳感器的模擬30</p><p>　　§4.5 測試結(jié)果33</p><p><b>　　結(jié)束語35</b></p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p><b&

17、gt;　　致 謝38</b></p><p><b>　　附 錄139</b></p><p><b>　　附 錄241</b></p><p>　　汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹</p><p>　　§1. 1 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類 </p><p>　

18、　汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。汽車的轉(zhuǎn)向性能是汽車的主要性能之一，它直接影響到汽車的操作穩(wěn)定性，對于確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護駕駛員的人生安全、改變駕駛員的工作條件起著重要作用。為了提高轉(zhuǎn)向性能，目前普遍采用了助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。</p><p>　　液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是最早采用的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的形式，電子技術(shù)、電氣技術(shù)及新的控制策略的應(yīng)用使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由

19、傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering,簡稱HPS)向電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electronically Controlled Hydraulic Power Steering System，簡稱ECHPS)、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electro-Hydraulic Power Steering，簡稱EI-IPS)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering，簡稱EPS)發(fā)展。 &

20、lt;/p><p>　　電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(簡稱EPS．Electronic Control Power Steering)，根據(jù)動力源不同又可分為液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(液壓式EPS)和電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(電動式EPS)。液壓式電子控制動轉(zhuǎn)力向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電液比例閥、車速傳感器和電子控制單元等，電子控制單元根據(jù)檢測到的車速信號，控制電液比例閥，使轉(zhuǎn)向動力放

21、大倍率實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿足高、低速時的轉(zhuǎn)向助力要求。它具有如下優(yōu)點：</p><p>　?。?）設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)緊湊。安裝占據(jù)體積小，質(zhì)量輕，通過設(shè)置不同程序與不同車型匹配，大大縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。</p><p>　?。?）穩(wěn)定性好。通過軟件控制，本系統(tǒng)增大汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，提高汽車主動安全性，能通過電子控制器設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向回力特性來滿足不同使用

22、對象的需求。</p><p>　?。?）高抗干擾性能。對汽車行駛時的測向力和側(cè)風帶來的影響有很好的校正作用。</p><p>　?。?）提高了轉(zhuǎn)向操縱力?？朔艘簤褐ο到y(tǒng)的傳動比不可調(diào)的缺點。同時，由于利用了慣性減震器來減少車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振，因而提高了轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能。</p><p>　　（5）轉(zhuǎn)向回正性好?？梢猿浞职l(fā)揮軟件編程的優(yōu)勢，根據(jù)不同的車速和不

23、同的車況，控制電液比例閥提供不同的流量特性和與車輛動態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正性。</p><p>　　目前，國內(nèi)僅有為數(shù)不多的院校和企業(yè)正在開展汽車液壓式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，研究工作并不深入，未開發(fā)出成熟的產(chǎn)品而嚴重受制于國外企業(yè)的壟斷，因此，研究和開發(fā)滿足各種車型需求的新型汽車液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，填補國內(nèi)該類產(chǎn)品的空白，形成產(chǎn)品規(guī)?；?、系列化，建立面向高新技術(shù)領(lǐng)域的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)基地，已是亟

24、待發(fā)展的急迫任務(wù)。開展本項目的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，將達到以下目的：</p><p>　?。?）研究開發(fā)面向重型車型的新型汽車液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其應(yīng)用前景廣泛，技術(shù)性能優(yōu)越；該系統(tǒng)設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，工作安全可靠，穩(wěn)定性好，轉(zhuǎn)向跟隨特性和回正特性都將具備優(yōu)良的動態(tài)品質(zhì)。</p><p>　?。?）本系統(tǒng)將研發(fā)電子控制器，通過軟件進行非線性、數(shù)字濾波，PID算法等。此種設(shè)計極大的提高了新型

25、汽車液壓式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作輕便性和駕駛穩(wěn)定性，保證安全可靠。</p><p>　?。?）創(chuàng)建具有較大規(guī)模廣東省及國內(nèi)汽車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)開發(fā)中心和生產(chǎn)基地，具有活躍的技術(shù)創(chuàng)新力和自主知識產(chǎn)權(quán)。開展新型汽車液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研制和產(chǎn)業(yè)化，將有以下重要意義：</p><p>　　（1）提供高性能的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車液壓式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝備，跟蹤和趕超國際先進科技水平，在提高綜

26、合國力和科技水平方面做出貢獻。</p><p>　?。?）項目完成后，將為我國高精度、高性能的汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)，初步建立起產(chǎn)業(yè)化中心，以產(chǎn)生強大的市場競爭力。</p><p>　?。?）該項目的研制與開發(fā)對滿足駕駛安全以及社會需求，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。</p><p>　　§1. 2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展過程</p>

27、;<p>　　汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機構(gòu)，其作用是使汽車能在行駛過程中按照駕駛員的操縱要求而適時地改變其行駛方向，在受到路面?zhèn)鱽淼臎_擊及偏離行駛方向時，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持汽車繼續(xù)穩(wěn)定行駛，因此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。</p><p>　　§1.2.1 傳統(tǒng)的機械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)</p><p>　　機械式轉(zhuǎn)向系

28、統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向動力，所有傳遞動力的部件都是機械的，沒有輔助動力源。機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三部分組成如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)</p><p>　　轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)就是駕駛員操縱轉(zhuǎn)向器工作的機構(gòu)，包括從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向器輸入端的零部件等。操縱汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤的操縱力是非常有限的，因此需要借助增力裝置來使轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生

29、偏轉(zhuǎn)。而轉(zhuǎn)向器就是把轉(zhuǎn)向盤傳來的轉(zhuǎn)矩按一定傳動比進行放大并輸出。</p><p>　　轉(zhuǎn)向器(也常稱為轉(zhuǎn)向機)是完成由旋轉(zhuǎn)運動到直線運動(或近似直線運動)的一組齒輪機構(gòu)，同時也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置。目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸豐丁曲柄指銷式、循環(huán)球～齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。</p><p>　　轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)是把轉(zhuǎn)向器的運動傳給轉(zhuǎn)向車輪的機構(gòu)，包括從搖臂到轉(zhuǎn)向車輪的零

30、部件。整個機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作方式為：駕駛員需要轉(zhuǎn)向時，對轉(zhuǎn)向盤施加轉(zhuǎn)向力矩，該力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入到機械轉(zhuǎn)向器，力矩經(jīng)轉(zhuǎn)向器減速放大后由轉(zhuǎn)向搖臂傳到轉(zhuǎn)向直拉桿，最后再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)；與此同時，經(jīng)梯形轉(zhuǎn)向機構(gòu)帶動另一側(cè)的轉(zhuǎn)向車輪同時發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而改變汽車的行駛方向。</p><p>　　根據(jù)機械式轉(zhuǎn)向器形式的不同，可以將其分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿

31、指銷式。應(yīng)用最廣泛的主要是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時)。</p><p>　　循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于是滾動摩擦形式，因而正傳動效率很高，操作方便且使用壽命長，而且承載能力強，故廣泛地應(yīng)用于載貨汽車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球式相比，最大特點是剛性大，結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，且成本低。由于這種方式容易將反作用力由車輪傳至轉(zhuǎn)向盤，因此具有對路面狀態(tài)反應(yīng)靈敏的優(yōu)點，但同時也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象，且其承載能力相

32、對較弱，故主要應(yīng)用于小汽車及輕型貨車上，目前我國大部分轎車上采用的就是齒輪齒條式機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。</p><p>　　§1.2.2 傳統(tǒng)的液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)</p><p>　　液壓助力轉(zhuǎn)向于20世紀30年代首先應(yīng)用在重型車輛上。由于當時汽車裝載質(zhì)量和整備質(zhì)量的增加，在轉(zhuǎn)向過程中需要克服的前輪轉(zhuǎn)向阻力矩也將相應(yīng)增加，作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力也隨著增加，使駕駛員感到“轉(zhuǎn)向沉重"

33、;。當前軸負荷增加到某一數(shù)值后，靠人力去轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪就很吃力。為使駕駛員操縱輕便，提高車輛的機動性，最有效的方法就是在汽車的轉(zhuǎn)向系中加裝轉(zhuǎn)向助力裝置，借助于汽車發(fā)動機的動力驅(qū)動油泵、空氣壓縮機和發(fā)電機等，以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力量，使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向，減輕勞動強度，提高了行駛安全性。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向器以外，尚需增加控制閥、動力缸、油泵、油罐和管路等。而轎車對動力轉(zhuǎn)向的要求與重型車輛不完

34、全相同。比如重型車輛對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲的要求較低，轎車則對噪聲要求很高，轎車還要求選用的轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要更簡單、尺寸更小、成本更低等。但是重型車輛動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展無疑為轎車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按轉(zhuǎn)向控制閥形式分為滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩種。目前在轎車上的液壓助力轉(zhuǎn)向采用的是轉(zhuǎn)閥式控制閥。</p><p>　　在轎車上裝備液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下優(yōu)點：</p><p>　　1

35、. 減輕駕駛員的疲勞強度。動力轉(zhuǎn)向可以減小駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力，提高轉(zhuǎn)向輕便性。</p><p>　　2. 提高轉(zhuǎn)向靈敏度?？梢员容^自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉(zhuǎn)向器傳動比，不會受到轉(zhuǎn)向力的制約。允許轉(zhuǎn)向車輪承受更大的負荷，不會引起轉(zhuǎn)向沉重問題。</p><p>　　3. 衰減道路沖擊，提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平度對轉(zhuǎn)向盤的沖擊。</p><p&g

36、t;　　同時液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有不足：</p><p>　　1. 選定參數(shù)完成設(shè)計之后，助力特性就確定了，不能再進行調(diào)節(jié)與控制，因此協(xié)調(diào)輕便性與路感的關(guān)系困難：如按低速性能設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，高速行駛時轉(zhuǎn)向力往往過小，“路感”較差，甚至感覺汽車發(fā)“飄”，從而影響操縱穩(wěn)定性：而按高速性能設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，低速時轉(zhuǎn)向力往往過大。</p><p>　　2. 即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運轉(zhuǎn)，增加了能量消

37、耗。</p><p>　　3. 存在滲油與維護問題，提高了保修成本，且泄漏的液壓油會對環(huán)境造成污染。</p><p>　　圖1-2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)</p><p>　　液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理分析</p><p>　　§2.1 液壓控制閥的結(jié)構(gòu)介紹</p><p>　　回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向控制閥安裝在轉(zhuǎn)向器的上端，如下

38、圖2-1所示，控制閥的主要機件與齒輪輸出軸10同軸，輸入軸2的上端通過花鍵與轉(zhuǎn)向中間軸的下“十’’字軸萬向節(jié)軸相連?？刂崎y的進油口18通過管路與轉(zhuǎn)向油泵的出油口相連，出油口19通過管路與儲油罐相通。轉(zhuǎn)向控制閥主要由閥體，轉(zhuǎn)閥，輸入軸組件，輸出軸組件，調(diào)整螺塞組件，軸承，密封件組成。</p><p>　　在圖2-1中，控制閥閥體7滑裝在殼體21上部的孔中，在其外圓柱面上有3道較寬深的環(huán)槽和4道較淺窄的環(huán)槽。寬深的環(huán)

39、槽是環(huán)形油槽，其底部均開有均勻的4個油孔，中間環(huán)形油槽與進油口18連通，其底部的4個油孔較大，是進油通道。兩側(cè)V-環(huán)形油槽的底部也有均布的4個直徑較小的油孔，是出油通道，左側(cè)V-環(huán)形油槽通過殼體內(nèi)設(shè)的油道16與動力缸左腔室相通，右側(cè)V-環(huán)形油槽通過殼體內(nèi)設(shè)的油道16與動力缸右腔室相通，淺窄的環(huán)槽是用于安裝密封圈組件的，4個密封圈組件14分別裝在4個環(huán)槽中，從而將3個寬深的環(huán)形油槽分隔開來。閥體的內(nèi)表面制有8條與兩端不慣通的縱向切槽，如圖

40、2-2，從而形成分別相間分布的8道縱槽和8道槽肩，它們與轉(zhuǎn)閥外表面相應(yīng)縱槽和槽肩配合形成油液流通的間隙通道。在閥體的下部7裝有鎖銷8，它與斜齒輪輸出軸10相卡，7和10不能相互轉(zhuǎn)動。</p><p>　　轉(zhuǎn)閥(與輸出軸一體)2的外圓柱面與閥體7的內(nèi)孔滑動配合，間隙很小，配合精度很高，與閥體形成組件，不可單獨更換，它的外圓柱面上開有與閥體內(nèi)孔表面上對應(yīng)的8條不貫通的縱槽，并形成8道槽肩(如圖2—1)。轉(zhuǎn)閥與閥體配合

41、后縱槽肩相對可形成油液流通的間隙通道。在轉(zhuǎn)閥2的4個縱槽上開有4個通孔與回油口19連通。轉(zhuǎn)閥上端開有環(huán)槽，其中裝有O形密封圈6。轉(zhuǎn)閥2上端與扭桿1之間裝有定位銷3，保證扭桿3與輸出軸2(轉(zhuǎn)閥)同步轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)閥2與扭桿之間有很大的間隙，用以流通回油的軸油。</p><p>　　輸入軸2，扭桿1和鎖定銷3組成輸入軸組件，輸入軸2為空心管形軸件，其上端外表面制有三角細花鍵，與轉(zhuǎn)向中間軸下端的“十"字軸萬向節(jié)相連

42、。扭桿1具有較好的扭轉(zhuǎn)彈性，扭桿穿過輸出軸2中心孔，并用鎖定銷3與輸入軸固定，扭桿上部與輸入軸間有密封圈4密封，扭桿4的下端通過三角細花鍵與銅套12固連。銅套與斜齒輪輸出軸過盈配合。扭桿1，銅套12，斜齒輪輸出軸10，鎖定銷8，閥體7聯(lián)成一體，可實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動。</p><p>　　1．扭桿2．輸入軸(轉(zhuǎn)閥) 3．鎖定銷4．密封圈5．密封圈組件6．密封圈7．閥體8．鎖銷9．滾針軸承10．斜齒輪輸出軸11．密封圈組件

43、12．銅套13．深溝球軸承14．密封圈15．深溝球軸承16．通左液壓缸17．通右液壓缸18．進油口19．出油口20．鎖緊螺母21．殼體</p><p>　　圖2-1 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-2 轉(zhuǎn)向控制閥閥體與轉(zhuǎn)閥斷面結(jié)構(gòu)及相對位置</p><p>　　鎖緊螺母20擰在轉(zhuǎn)向器殼體底部的螺紋底座孔中，輸入軸組件的上部通過深溝球軸承15支撐在殼體中心孔內(nèi)

44、，輸出軸組件通過深溝球軸承13支承在殼體中心孔內(nèi)，從而使輸入，輸出軸組件實現(xiàn)了徑向定位。輸出軸10與鎖緊螺母20之間有密封圈組件11，輸入軸2與殼體21之間有密封圈組件5，以防泄漏。</p><p>　　§2.2 汽車直線行駛時液壓控制閥的狀態(tài) </p><p>　　1．扭桿2．輸入軸(轉(zhuǎn)閥) 3．鎖定銷4．密封圈5．密封圈組件6．密封圈7．閥體8．鎖銷9．滾針軸承10．斜齒輪輸

45、出軸11．密封圈組件12．銅套13．深溝球軸承14．密封圈15．深溝球軸承16．通左液壓缸17．通右液壓缸18．進油口19．出油口20．鎖緊螺母21．殼體</p><p>　　圖2-3 汽車直線行駛時轉(zhuǎn)閥位置及油流狀態(tài)</p><p>　　當汽車直線行駛時，駕駛員未轉(zhuǎn)動方向盤，此時轉(zhuǎn)閥+處于如圖2-3所示的中間位置。來自轉(zhuǎn)向油泵出油口的高壓油從轉(zhuǎn)向器的進油口進入到閥體和轉(zhuǎn)閥之間。由于轉(zhuǎn)閥處

46、于中間位置，所以油液就分別通過閥體和轉(zhuǎn)閥縱槽，槽肩形成的間隙流入閥體內(nèi)表面兩側(cè)的縱槽中，然后通過其槽底的油孔進入閥體外圓柱面的下油環(huán)槽(圖中即左槽)和上油環(huán)槽(左槽)。下油環(huán)槽的油液通過殼體中的油道16與轉(zhuǎn)向動力缸左腔室相通，上有環(huán)槽的油液通過殼體中的油道17與轉(zhuǎn)向動力缸右腔室相通，這樣動力缸左，右油腔油壓相等。此時，齒條一活塞既沒有受到斜齒輪輸出軸10所產(chǎn)生的軸向推動力，也沒有受到左，右油腔因壓差對齒條一活塞所產(chǎn)生的軸向移動力，所以齒

47、條一活塞也處于中間位置，轉(zhuǎn)向助力器不起作用。流入到閥體內(nèi)表面縱槽中的油液又經(jīng)過閥體，轉(zhuǎn)閥槽肩之間形成的間隙，流入轉(zhuǎn)閥縱槽底面油口中，再流入轉(zhuǎn)閥2與扭桿1之間的空隙，最后經(jīng)轉(zhuǎn)閥上部通孔流入殼體上的油口19，流回轉(zhuǎn)向油泵儲油罐，從而形成常流式的油液循。</p><p>　　§2.3 汽車左轉(zhuǎn)向時液壓控制閥的狀態(tài)</p><p>　　汽車左轉(zhuǎn)向時，駕駛員向左轉(zhuǎn)動方由于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪有一定的

48、轉(zhuǎn)向阻力，起初轉(zhuǎn)動方向盤的力矩不足以克服轉(zhuǎn)向阻力使斜齒輪輸出軸10轉(zhuǎn)動，這樣閥體7也不轉(zhuǎn)動，那么作用在輸出軸2上的轉(zhuǎn)向力矩將使扭桿1產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，從而輸入軸2(即轉(zhuǎn)閥)相對閥體逆時針轉(zhuǎn)過一個角度。轉(zhuǎn)閥逆時針轉(zhuǎn)過一個角度后，幾乎關(guān)閉了通向動力缸向盤，輸入軸2在轉(zhuǎn)向中間軸的驅(qū)動下有逆時針方向轉(zhuǎn)動的趨勢(圖2-4)。輸入軸2即轉(zhuǎn)閥有同步轉(zhuǎn)動的趨勢；另一方面，輸入軸2通過鎖定銷3帶動扭桿1的上端有同步轉(zhuǎn)動的趨勢，但扭桿底部和輸出軸10，閥心7，

49、鎖定銷8相連，則輸出軸10，閥心7，鎖定銷8，有同步轉(zhuǎn)動的趨勢，右腔室的通道17，開大了通向動力缸左腔室的油液通道16，這樣就使轉(zhuǎn)向油泵的壓力油經(jīng)閥體中間環(huán)槽，油孔，轉(zhuǎn)閥縱槽，油孔進入閥體的下油環(huán)槽(即左槽)，然后經(jīng)殼體中的油道16進入動力缸左腔室，左腔室中的油液壓力上升，與此同時，由于轉(zhuǎn)閥相對閥體逆時針轉(zhuǎn)動，開打了動力缸右腔室與轉(zhuǎn)閥回油孔之間的通道，這樣動力缸右腔室的油液經(jīng)殼體油道17，閥體上環(huán)槽(即右槽)，油孔，轉(zhuǎn)閥縱槽，油孔，轉(zhuǎn)閥

50、與扭桿間隙，油孔，與殼體上的回油口19連通，動力缸右腔室的油液壓力下</p><p>　　當駕駛員停止轉(zhuǎn)動方向盤后，輸入軸2隨之不再轉(zhuǎn)動，而斜齒輪輸出軸10由于通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)與轉(zhuǎn)向輪相連，在慣性力作用下它不可能立即停止轉(zhuǎn)動，從而使之同步轉(zhuǎn)動的閥體仍將逆時針轉(zhuǎn)動。閥體相對轉(zhuǎn)閥逆時針轉(zhuǎn)動后，使轉(zhuǎn)閥與閥體間的相對位置又回到了如圖2-2所示狀態(tài)，動力缸左，右腔中的油液壓力又重新恢復(fù)相同，那么轉(zhuǎn)向助力作用也隨之消失，轉(zhuǎn)向輪保

51、持在與方向盤轉(zhuǎn)角成比例的轉(zhuǎn)向位置，這種作用就是隨動作用。</p><p>　　1．扭桿2．輸入軸(轉(zhuǎn)閥) 3．鎖定銷4．密封圈5．密封圈組件6．密封圈7．8．鎖銷9．滾針軸承10．斜齒輪輸出軸11．密封圈組件12．銅套13．深溝球軸承14．密封圈15．深溝球軸承16．通左液壓缸17．通右液壓缸18．進油口19．出油口20．鎖緊螺母21．殼體</p><p>　　圖2-4 汽車左轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)閥位

52、置及油流狀態(tài)</p><p>　　§2.4 汽車右轉(zhuǎn)向時液壓控制閥的狀態(tài)</p><p>　　汽車右轉(zhuǎn)向時，動力轉(zhuǎn)向控制閥的工作與左轉(zhuǎn)向類似，只是由于轉(zhuǎn)向方向相反，閥體與轉(zhuǎn)閥的相對位置及油液流通方向與左轉(zhuǎn)彎時相反，其位置及油流狀況如圖2-5所示，在這種情況下，動力缸右腔室通高壓油，而左腔室與回油路相通是低壓油液，所以其助理作用方向也與左轉(zhuǎn)向時相反。</p><

53、p>　　1．扭桿2．輸入軸(轉(zhuǎn)閥) 3．鎖定銷4．密封圈5．密封圈組件6．密封圈7．閥體8．鎖銷9．滾針軸承10．斜齒輪輸出軸11．密封圈組件12．銅套13．深溝球軸承14．密封圈15．深溝球軸承16．通左液壓缸17．通右液壓缸18．進油口19．出油口20．鎖緊螺母21．殼體</p><p>　　圖2-5 汽車右轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)閥位置及油流狀態(tài)</p><p>　　第3章 汽車液壓式ESP控制

54、系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　§3.1 液壓式ESP系統(tǒng)工作原理</p><p>　　流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　汽車液壓式ESP控制系統(tǒng)采用流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)主要由車速傳感器、電液比例閥、整體式動力

55、轉(zhuǎn)向控制閥、動力轉(zhuǎn)向油泵和電子控制單元等組成。電液比例閥安裝在通向轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩側(cè)油室的油道之間，當電液比例閥的閥芯完全開啟時，兩油道就被電液比例閥旁路。流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是根據(jù)車速傳感器的信號，控制電液比例閥閥芯的開啟程度，從而控制轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩側(cè)油室的旁路液壓油流量，來改變轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力。車速越高，流過電液比例閥電磁線圈的平均電流值越大，電液比例閥閥芯的開啟程度越大，旁路液壓油流量越大，流入動力缸的流量越小，使轉(zhuǎn)向盤

56、的靈敏度下降，這就是流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。電液比例閥自己是不具備智能化的，于是我們采用電子控制單元(單片機系統(tǒng))采集車速信號，經(jīng)計算后決定提供的助力大小，以控制電液比例閥線圈的電流大小，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力可調(diào)。</p><p>　　§3.2液壓式ESP轉(zhuǎn)向系統(tǒng)</p><p>　　在第2章中非常詳細地分析了汽車的液壓助力系統(tǒng)的工作原理。現(xiàn)在，在原有液壓系統(tǒng)并聯(lián)一個電液比

57、例閥后的狀況。</p><p>　　圖3-2是液壓式電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖，右圖是液壓式電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效模型圖。按規(guī)定的工作狀況，寫出液壓式電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學模型。液壓泵的總流量Q0，電液比例閥的流量Qd，其余參數(shù)定義和前面同。假定系統(tǒng)在初始狀態(tài)下，輸入角度為0時。</p><p>　　Q0 = Qd + Qs （3-1）</p>

58、<p>　　Qs = Q4 + Q3 （3-2）</p><p>　　圖3-2 流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效模型圖</p><p><b>　　由初始工況可知：</b></p><p>　　Q3=Q4 </

59、p><p><b>　　由此可得</b></p><p>　　如果只考慮QS(s)與QL (s) 的關(guān)系，則上式可簡化為</p><p><b>　　由式和式可得</b></p><p>　　尋找到了油泵總流量O0，以及電液比例閥閥口面積與負載流量QL(s)之間的關(guān)系，不過M的值很難確定下來，因為它與P

60、1，P2，Ps，閥口轉(zhuǎn)角等因素有關(guān)，可以把它看作一個常數(shù)(此值可正可負，也可為0，不好確定下來)，這是由于一旦與之相關(guān)的因素確定下來，它也就確定了。</p><p>　　其中A為電液比例閥的開口面積。由上式可知，流向轉(zhuǎn)閥地流量和電液比例閥的開口成反比?？刂崎y選用力士樂公司型號為4WRAE 6EI-15-2X的比例方向閥，其使用參數(shù)如下：最高壓力315bar，最大流量42 L/min，帶有內(nèi)置放大器；通徑6mm；電

61、源24vDC；控制輸入電壓±10v；滯環(huán)<5％；反向誤差<1％；靈敏度<1％；頻率響應(yīng)l0Hz：此閥的壓差為l0bar時的額定流量為15L/min，由此推算出此時A=7.576mm2；當此閥壓差為60bar時，流量可算出為31L/min。</p><p>　　假設(shè)：閥芯最大位移為3mm；閥壓降為6MPa時的流量系數(shù)Cd=0.7。根據(jù)該閥的相關(guān)資料，可以算出：</p>&l

62、t;p>　　節(jié)流槽額定通流面積A=7.5762mm2 閥芯位移死區(qū)0.6mm</p><p>　　最大有效閥芯位移2.4mm 死區(qū)電壓為2V</p><p>　　閥芯運動時間常數(shù)11ms</p><p>　　代入W2L2=5.2227后，</p><p>　　當A=7.5762時，Qs =0.49Qo。</p><p

63、>　　§3.3 主要元器件介紹</p><p>　　電子控制單元由單片機采集子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)組成，現(xiàn)在先介紹用到的幾種電子元件。</p><p>　　§3.3.1 單片機</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read O

64、nly Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p><b>　　1．主要特性：</b></p><p><b>　　與MCS-51兼容</b>

65、</p><p>　　4K字節(jié)可編程閃式存儲器</p><p>　　壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)，據(jù)保留時間：10年</p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p><p><b>　　三級程序存儲器鎖定</b></p><p>　　128*8位內(nèi)部RAM</p><

66、p><b>　　32可編程I/O線</b></p><p>　　兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　5個中斷源</b></p><p><b>　　可編程串行通道</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式</p><p>

67、;　　片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p><b>　　2. 管腳說明：</b></p><p>　　VCC：供電電壓。 </p><p><b>　　GND：接地。 </b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，

68、被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　圖3-3 AT89C51管腳圖</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高

69、，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或1

70、6位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉

71、為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 </p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：各管腳備選功能 </p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） </p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口） </p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0） </p>

72、<p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1） </p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入） </p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入） </p><p>　　P3. 6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） </p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>

73、;　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 </p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 </p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它

74、可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 </p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問

75、外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 </p><p>　　/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 </p><p>　　XTAL1：反向振

76、蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　§3.3.2 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成</p><p>　　DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸

77、入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。</p><p>　　圖3-4 DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器邏擇框圖和引腳排列</p><p>　　DAC0832的主要特性參數(shù)如下：</p><p><b>　　* 分辨率為8位；</b></p><p>　　* 電流穩(wěn)定時間1us；</p>

78、<p>　　* 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；</p><p>　　* 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；</p><p>　　* 單一電源供電（+5V～+15V）；</p><p>　　* 低功耗，20mW ;</p><p>　　DAC0832各引腳的功能定義如下：</p><p>　　* D0～D7：8

79、位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；</p><p>　　* ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；</p><p>　　* CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；</p><p>　　* WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當

80、LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；</p><p>　　* XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；</p><p>　　* WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的

81、負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。</p><p>　　* IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；</p><p>　　* IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；</p><p>　　* Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； * Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍

82、為+5V～+15V；</p><p>　　* VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V～+10V；</p><p>　　* AGND：模擬信號地；</p><p>　　* DGND：數(shù)字信號地；</p><p>　　§3.3.3 LF356簡介</p><p>　　低輸入偏置電流：30pA</

83、p><p>　　低輸入失調(diào)電流：3pA</p><p>　　高輸入阻抗：10120hms</p><p>　　低輸入噪聲電流：0.01pA/(Hz)l/2</p><p>　　高共模抑制比：l00dB</p><p>　　大直流電壓增益：106dB</p><p>　　§3.4 單片機控制

84、系統(tǒng)</p><p>　　電子控制單元由單片機采集子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)組成，它們共用一個單片機系統(tǒng)。以下做進一步分析。</p><p>　　§3.4.1 單片機信號采集系統(tǒng)</p><p>　　在本單片機系統(tǒng)中，單片機的P2.7與P3.7與非后連接ADC0809的OE端，P3.3連接EOC端，P2.7與P3.6與非后連接SC端，按照圖3-5，ADC0809的

85、模擬通道0～7的地址為7FF8H，7FFFH，P0口連接數(shù)據(jù)口，ADC0809的IN0采集車速信號。</p><p>　　圖3-5 單片機采集系統(tǒng)電路圖</p><p>　　§3.4.2單片機控制系統(tǒng)電路</p><p>　　在本單片機系統(tǒng)中，0～FFH對應(yīng)0-5V。單片機控制系統(tǒng)電路圖如圖3-6所示。在圖3-6電路中，單片機的P2.6控制DAC0832的

86、片號給選端，低電平有效，P0八個端口輸出數(shù)據(jù)到DAC0832，DAC0832的11、12端口送信第一個LF356，再有它傳給另一個LF356，經(jīng)反相比例(1：2)后，Ud輸出0-10V電壓，此電壓控制電液比例閥的電控器。單片機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-8為單片機采集與控制系統(tǒng)程序的流程圖，源代碼參看附錄2。</p><p>　　圖3-6 單片機控制系統(tǒng)電路

87、圖</p><p>　　圖3-7 單片機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖3-8 單片機采集與控制系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　§3.5 控制器的設(shè)計</p><p>　　§3.5.1 控制策略的介紹</p><p>　　PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好、

88、可靠性高，各個控制器參數(shù)有著明顯的物理意義，調(diào)整方便，所以被廣泛應(yīng)用于機電、冶金、機械、化工等行業(yè)的實際生產(chǎn)過程中。在實際的過程控制與運動控制系統(tǒng)中，PID家族占有相當?shù)牡匚唬瑩?jù)統(tǒng)計，工業(yè)控制的控制器中PID類控制器占有90％以上。PID控制將偏差的比例(P)、積分(I)、和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制。PID算法可分模擬(連續(xù))PID控制算法和數(shù)字PID控制算法。自從計算機進入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計算機代替模擬

89、計算機調(diào)節(jié)器組成計算機控制系統(tǒng)，不僅可以用軟件實現(xiàn)PID控制算法，而且可以利用計算機的邏輯功能，使PID控制更加靈活，因此目前生產(chǎn)過程中應(yīng)用的PID控制算法主要為數(shù)字PID控制算法。數(shù)字PID又可分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法兩種。</p><p>　　在本課題中，應(yīng)用PID算法，根據(jù)車速信號0—5V來確定控制電壓Uj，我運用分段的方法，具體可參看附錄2中有關(guān)內(nèi)容。為輸入量計算出的控制電壓Uj，反

90、饋量為上一次計算出的控制電壓Uj-1。應(yīng)用此算法主要目的是：控制電壓平穩(wěn)變化，不產(chǎn)生突變。</p><p>　　§3.5.2 PID算法</p><p>　　1. 理想微分PID控制</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值廠r(t)與輸出值C(t)進行比較構(gòu)成控制偏差：</p><p>　　圖3-9模

91、擬PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　將其按比例、積分、微分運算后，并通過線性組合構(gòu)成控制量，如圖3-9所示，所以簡稱為P(比例)、I(積分)、D(微分)調(diào)節(jié)器。</p><p>　　設(shè)系統(tǒng)的誤差為e(t)，則模擬PID控制規(guī)律為</p><p>　　式中，Kp

92、為比例系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)。</p><p>　　2. PID模擬控制器的離散化</p><p>　　用矩形法來計算數(shù)值積分：</p><p>　　用后向差分來代替微分：</p><p>　　則離散化的PID控制規(guī)律是：</p><p>　　式中，T為采樣周期，u。為控制的初始值。</p&

93、gt;<p>　　上式表示的控制算法提供了執(zhí)行機構(gòu)的位置，所以稱為PID位置控制算法。</p><p>　　汽車液壓式ESP控制系統(tǒng)模擬試驗</p><p>　　§4.1 液壓式模擬試驗臺工作原理</p><p>　　本課題根據(jù)疲勞荷載的特點設(shè)計了疲勞荷載加載模擬試驗臺，其液壓原理如圖所示。系統(tǒng)額定壓力Ps=6.3Mpa；雙作用雙活塞桿液壓缸

94、缸徑D=50mm，活塞桿直徑為d=28mm，活塞工作面積Ap=1347mm2。因為比例方向閥的壓降、泄漏和回油路上的背壓等原因，最大輸出負載壓力約為咒眥；5Mpa，那么液壓缸單向最大負載力為： 6.75 kN瞄引。模擬試驗臺液壓原理圖如圖4-1所示，電液比例方向閥4模擬轉(zhuǎn)閥，電液比例方向閥3即為并聯(lián)在原液壓系統(tǒng)的電液比例方向閥。</p><p>　　1．油箱2．單作用葉片泵3．電液比例方向閥a 4．電液比例方向閥

95、b 5、6．截止閥7、8．壓力傳感器9．位移傳感器10．液壓缸ll溢流閥</p><p>　　圖4-1 模擬試驗臺液壓原理圖</p><p>　　§4.2 液壓式模擬試驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　§4.2.1 試驗臺測控系統(tǒng)的模擬測試</p><p>　　圖4-2 模擬試驗臺測控原理圖</p>&l

96、t;p>　　本課題設(shè)計了測控單元，包括工控機，數(shù)據(jù)采集卡，傳感器和電液比例方向閥，電子控制單元。其結(jié)構(gòu)組成如圖4-2所示。</p><p>　　§4.2.2 試驗臺測控單元的功能</p><p>　　1．工控機本測控系統(tǒng)采用研華工控機，基本配置為：P4 2.4G CPU，內(nèi)存256M，40G的高速硬盤，48X光盤驅(qū)動器等。該機基本滿足測試時需要內(nèi)存高，運算速度快、處理數(shù)據(jù)量

97、大的要求。</p><p>　　2．傳感器它是用來將非電物理量轉(zhuǎn)化為電信號的裝置，是測試和控制的重要元件。使用傳感器首先確定傳感器的種類和型號。本測控系統(tǒng)需要測量壓力和活塞位移信號，因此需要壓力和位移傳感器。</p><p>　　壓力傳感器用來測量電液比例方向閥的兩個控制口的壓力。本系統(tǒng)采用廣州粵茂電子科技有限公司生產(chǎn)的YP4000系列壓力傳感器，它是根據(jù)電阻絲的阻值隨其應(yīng)變而變化的原理制

98、成的。傳感器的參數(shù)是：量程10MPa，精度0.25％FS，電源為24VDC，輸出0-10VDC(四線制)，響應(yīng)時間5毫秒。</p><p>　　位移傳感器用于測量活塞的位移。本系統(tǒng)采用遼寧阜新祥銳公司的差動變壓器式位移傳感器(LVDT)。傳感器的參數(shù)是：量程±100mm，0.3級以上精度，電源為±15 VDC，輸出±10 VDC。</p><p>　　3. 抗

99、干擾措施在測控系統(tǒng)中，除了待測信號外，會有很多隨機信號對測量系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。干擾信號主要有電源、電磁以及信號的傳輸通道干擾等。比如電動機等設(shè)備，產(chǎn)生的電磁波會導(dǎo)致測試系統(tǒng)出現(xiàn)電干擾，信號線與控制線傳遞信號失真，為了能夠準確地進行信號測量，必須要考慮設(shè)計測控系統(tǒng)的抗干擾措施。根據(jù)本系統(tǒng)的實際情況，采取的抗干擾措施主要有二點：</p><p>　　（1）接地設(shè)計測試裝置中的地線是所有電路公共的零電平參考點，理論上地線的

100、電平應(yīng)相同，因各點之間必須用導(dǎo)線連接，所以當一根導(dǎo)線兩端在不同點接地時，由于導(dǎo)線內(nèi)阻導(dǎo)致兩點電位差不為零，這將影響電路的輸入和輸出。為克服這一影響，把數(shù)字地和模擬地分開接，最后在一點接地；或者用小電阻地線，減小接地電位差。</p><p>　?。?）采用屏蔽設(shè)計由于測量系統(tǒng)中需要采集多個信號源，所以信號通過電線(信號通道)傳遞時會產(chǎn)生噪聲干擾、長線傳輸干擾等。所以系統(tǒng)采用了屏蔽線等措施來消除信號的干擾。</

101、p><p>　　4．數(shù)據(jù)采集卡采用研華公司的PCL818L數(shù)據(jù)采集卡，用于壓力信號、位移信號的采集。</p><p>　　5． DA卡控制量的輸出需要DA卡來轉(zhuǎn)換，這里采用研華公司的PCL726卡。</p><p>　　§4.3 程序的編寫</p><p>　　本試驗臺的控制軟件采用圖形化編程語言LabVIEW編寫瞄馴。</p&g

102、t;<p>　　虛擬儀器的出現(xiàn)，引領(lǐng)著測試測量領(lǐng)域的發(fā)展和進步。作為虛擬儀器的軟件核心，LabVIEW能夠幫助工程師快速高效地創(chuàng)建靈活的、功能易于擴展的、可升級的測試、測量和控制應(yīng)用程序瞄叫。使用LabVIEW，工程師可以很輕松的連接測量硬件和采集實際信號，并對其進行強大的分析得出有用信息，然后將測量結(jié)果直觀的進行顯示。無論是否有相關(guān)編程經(jīng)驗，使用LabVIEW，都可以方便快捷地開發(fā)測量程序，進而大大的縮短測試系統(tǒng)開發(fā)周期

103、和開發(fā)成本。</p><p><b>　　§4.4 傳感器</b></p><p>　　§4.4.1 光電車速傳感器</p><p>　　NCT-1光電車速傳感器是為汽車行駛性能試驗設(shè)計的非接觸式車速傳感器，安裝在車輛上用于測量行駛速度和距離。它采用光電空間相關(guān)濾波技術(shù)，把路面圖象變換為與車速成正比的頻率信號，供給二次儀表或

104、計算機進行數(shù)據(jù)采集處理顯示。傳感器拍攝路面圖象需要足夠亮度，所以傳感器座裝有照明燈。</p><p>　　光電車速傳感器的輸出信號是不規(guī)則的小信號，必須通過跟蹤濾波器變?yōu)榕c車速成正比的基波信號并轉(zhuǎn)換為二次儀表或計算機能夠接受的TTL電平的脈沖信號。為了方便傳感器安裝在車上，配套設(shè)計制造了一套帶真空吸盤的安裝支架。使用真空吸盤可以方便地吸牢在被測車輛的平整表面上，只要不漏氣，吸盤的吸附力大于100Kg。支架由多關(guān)節(jié)

105、組成，可以根據(jù)實際需要選擇部分或全部使用。</p><p>　　§4.4.2 光電車速傳感器技術(shù)指標</p><p>　　1、速度量程：1-200km/h</p><p>　　2、精度：±0.5％(距離≥100m)</p><p>　　3、光電頭安裝高度：500mm+100mm</p><p>　　

106、4、脈沖當量：約4mm/脈沖</p><p>　　5、輸出信號：1L脈沖</p><p>　　6、跟蹤帶寬：50Hz-20KHz</p><p>　　7、跟蹤速率：≥19</p><p>　　8、白線信號輸出：正脈沖，TTL電平</p><p>　　9、速度模擬信號：0-5V/0-200Km/h，線性度0.2％<

107、/p><p>　　10、傳感器及濾波器電源： 5-12VDC，約3W</p><p>　　11、照明燈電源：12V，55W</p><p>　　12、重量：光電傳感器(含照明燈)2.5Kg，跟蹤濾波器0.6Kg</p><p>　　圈泣：1 電氣接頭 2車速傳疼器 3轉(zhuǎn)子(脈沖轉(zhuǎn)) 4磁性拾波器</p><p>　　圖

108、4-3 車速傳感器總成</p><p>　　§4.4.3 光電車速傳感器技術(shù)性能</p><p>　　光電車速傳感器和跟蹤濾波器的主要功能是安裝在被測車輛上，輸出與速度成正比的數(shù)字脈沖信號，脈沖當量約4mm/脈沖。本產(chǎn)品根據(jù)用戶要求，可以選裝速度模擬電壓信號，把0-200km/h速度變化轉(zhuǎn)換成0-5V直流電壓輸出，線性度為0.2％。</p><p>　　&

109、#167;4.4.4 光電車速傳感器的模擬</p><p>　　NCT-1光電車速傳感器，把0-200km/h速度變化轉(zhuǎn)換成0-5V直流電壓輸出，線性度為0.2％。我們可以利用單片機系統(tǒng)模擬這個0-5V直流電壓信號，節(jié)省資金。這個單片機系統(tǒng)由AT89C51單片機、DAC0832、LF356等電子器件組成。</p><p>　　圖4-4 車速傳感器的模擬電子電路圖</p>&l

110、t;p>　　汽車加速能力是指汽車在行駛中迅速增加行駛速度的能力。從啟動到加速至最高速度(0-5V、0-200Km/h)需要的時間。這直接決定鋸齒波的延時程序的編制。根據(jù)網(wǎng)上資料查的，寶馬X5，0-100公里的加速度只用了5秒多，由此假定了0-200Km、h(0-5V)，需要至少12秒，在單片機系統(tǒng)中，0-FFH對應(yīng)0-5v，0-FFH變化率為0.046875秒，所以延時程序中i=5875。在下圖電路中，單片機的P2．6控制DAC0

111、832的片選端，低電平有效，P0八個端口輸出數(shù)據(jù)到DAC0832，DAC0832的11、12端口送信號給第一個LF356，再有它傳給另一個Lb356，經(jīng)反相比例(1：1)后，Uv輸出0-5V電壓。</p><p>　　以下為本模擬系統(tǒng)的電路原理圖和源程序流程圖，源程序參看附錄1。</p><p>　　圖4-5 車速傳感器的模擬電子系統(tǒng)的程序流程圖</p><p>