虛擬儀器測試技術(shù)在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的應(yīng)用

一、虛擬儀器的概括

根據(jù)現(xiàn)在的汽車工程測試的各種情況，建立靈活變化、功能強(qiáng)大、成本低廉的汽車電器測試系統(tǒng)是我們現(xiàn)在汽車測試的迫切要求，這種測試系統(tǒng)可以按照每一工程測試的要求，自由增減測試系統(tǒng)配置，通過各自利用配置系統(tǒng)單元器件，充分使用已有的系統(tǒng)化的標(biāo)準(zhǔn)化資源，以直觀和有效的方式提高工程測試技術(shù)綜合應(yīng)用的效率。

現(xiàn)在汽車工程中的測試儀器和其他工程上的是一樣的，也都需要專用的檢測儀器，我們通過比較可以看出虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)：（1）有些測試設(shè)備由于年久失修，數(shù)字化水平都比較低，而且產(chǎn)品嚴(yán)重老化，部分電路板有的已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕，幾乎無法恢復(fù)正常工作。而虛擬儀器能夠克服以前一些測試設(shè)備的弊端，通過設(shè)備的完整就能確保數(shù)據(jù)采集的精確性和實時性、提高數(shù)據(jù)處理功能、提高易操作性，對原有的設(shè)備進(jìn)行更新和擴(kuò)充，形成一個測試系統(tǒng)；（2）在平時測試系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)是為了解決測試系統(tǒng)信號的輸入與輸出，并且實現(xiàn)信號之間的邏輯關(guān)系；軟件系統(tǒng)則是整個系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵和功能的體現(xiàn)，它是使信號做相應(yīng)的處理，虛擬儀器可使用相同的硬件系統(tǒng)，通過不同的設(shè)計程序就可以實現(xiàn)完全不同的各種測量儀器的功能。虛擬儀器的測試系統(tǒng)和前面板的顯示全部實現(xiàn)了軟件化，即軟件系統(tǒng)成為虛擬儀器測試系統(tǒng)的核心，軟件可以定義各種儀器；（3）虛擬儀器的可變性很大，隨時隨地可按照實際情況增減測試功能，改進(jìn)目標(biāo)的設(shè)計方案，其優(yōu)越性是無比的；而單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的儀器使用若干年后，因為用戶提出新的要求而使原來的設(shè)備不能適應(yīng)變化的環(huán)境而被淘汰；（4）虛擬儀器在使用過程中，逐漸更新逐漸完善其測試系統(tǒng)的內(nèi)部功能，隨時隨地可以不斷改進(jìn)其工作方式，因而使程序越用越完善、越發(fā)貼近最新的工作需要;尤其是用單片機(jī)開發(fā)專項新產(chǎn)品的設(shè)計者積累的感性認(rèn)識被限制在當(dāng)時一定范疇內(nèi)， 從設(shè)計到變成儀器， 受到時間跨度和經(jīng)費(fèi)支出的限制，其可靠性、穩(wěn)定性常造成先天性不足，事后亦難以彌補(bǔ)解決；（5）虛擬儀器的硬件、軟件是多年累積的，一套軟件系統(tǒng)、一個群體的智慧，是成批量的產(chǎn)物，其成熟性、可靠性、穩(wěn)定性是不容懷疑的。而且測試軟件中如果有不滿意的地方可以事后輕而易舉地修改以適應(yīng)需要；它是編程設(shè)計模塊化的集成，直觀性強(qiáng)，即使是非計算機(jī)專業(yè)對口人才，也很容易進(jìn)行程序修改。從減少開發(fā)時間和降低成本方面來看，虛擬儀器的優(yōu)越性是確切的。隨著虛擬儀器的逐漸使用，我們將越來越發(fā)現(xiàn)它的優(yōu)點(diǎn)。

二、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及虛擬測試系統(tǒng)

電動助力轉(zhuǎn)向是在人工機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入電機(jī)作為動力源，用電動動力代替液壓動力轉(zhuǎn)向。電動助力是由電機(jī)的電氣控制來實現(xiàn)對電機(jī)的控制，為了分析電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的好壞，并且檢測系統(tǒng)的工作狀況，必須要有個系統(tǒng)測試工具來反映出系統(tǒng)的工作狀態(tài)。虛擬測試系統(tǒng)就可以完成對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的全面監(jiān)測。

汽車電動助力轉(zhuǎn)向虛擬測試系統(tǒng)主要有以下幾個部分構(gòu)成：電子控制單元（ECU）、車速傳感器和扭矩傳感器、伺服電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱總成、程序端口和計算機(jī)等（見圖1）。其中比較關(guān)鍵的是電子控制單元、信號采集調(diào)理電路和計算機(jī)虛擬儀器，很大程度上決定著電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制效果。具體的測試規(guī)程是：汽車處于起動或者低速行駛狀態(tài)時，操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向，裝在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩傳感器不斷檢測作用于轉(zhuǎn)向柱扭桿上的扭矩，并將此信號與車速信號同時輸入電子控制器和信號采集調(diào)理電路，ECU處理器對輸入信號進(jìn)行運(yùn)算處理，確定助力扭矩的大小和方向，從而控制電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，電動機(jī)經(jīng)離合器及減速機(jī)構(gòu)將扭矩傳遞給牽引前輪轉(zhuǎn)向的橫拉桿，最終起到為駕駛?cè)藛T提供輔助轉(zhuǎn)向力的作用。同時轉(zhuǎn)矩信號T和電流信號I經(jīng)過信號調(diào)理以后通過RS- 232串口通訊方式輸入計算機(jī)的LabVIEW虛擬儀器控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)性能綜合測試。

汽車電動助力轉(zhuǎn)向虛擬測試系統(tǒng)可以圖2 表述:

（1）串口通信VI：串口通信節(jié)點(diǎn)一般由以下節(jié)點(diǎn)組成串口的通訊節(jié)點(diǎn)。

利用VISA Configure Serial Port節(jié)點(diǎn)來設(shè)置通信方式的初始化參數(shù)見圖3。

利用VISA Read節(jié)點(diǎn)來讀取串口數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（見圖4）。

利用VISA Close節(jié)點(diǎn)把資源關(guān)閉（見圖5）。

（2）數(shù)字濾波器VI：利用此裝置進(jìn)行濾波（見圖6）。

此系統(tǒng)一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而且能夠極大地衰減其他頻率成分。這種選頻作用，可濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。系統(tǒng)選用了IIR低通巴特沃茲濾波器。

系統(tǒng)是通過兩個彈簧模擬汽車轉(zhuǎn)向阻力，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角逐漸增加時，實時地觀察系統(tǒng)變化，這也是虛擬儀器的實時性特點(diǎn)。

從實驗的圖示（見圖7）可以清晰地看出，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的扭矩在沒有助力時比在有助力時明顯大，這樣可以明顯地觀察到助力效果，明顯觀察到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輕便性。

綜合以上實驗結(jié)果可見，虛擬儀器在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用是很方便而且無需使用更多的繁瑣的儀器控制，實驗中可以看出助力系統(tǒng)中有無助力前后的系統(tǒng)變化。通過此測試系統(tǒng)，使得該測試系統(tǒng)的自動化程度得到了極大的提高，減少了人為操作的誤差，通過進(jìn)一步系統(tǒng)的優(yōu)化，可以改變系統(tǒng)的程序軟件和其他的系統(tǒng)配置，無需太大的動作去改變測試結(jié)構(gòu)就可以適應(yīng)不同方面的測試需要。