电子助力转向系统毕业设计样本

汽车助力转向系统设计摘要随着人们生活水平提高，购买汽车已经不再是一件很困难事情了，因而汽车在安全性、舒服性以及稳定方面越来越受到人们关注，汽车转向系统性能是汽车稳定性和安全性重要指标之一，助力转向，顾名思义，是协助驾驶员作汽车方向调节，为驾驶员减轻打方向盘用力强度，减少了驾驶员工作量，对减轻疲劳驾驶有很大协助。本论文一方面简介了老式汽车助力转向系统发展历程，以及老式液压助力转向系统工作原理，并在此基本上提出了本论文控制流量式液压助力转向系统，本人通过建立流量数学模型，在以单片机为主控芯片基本上，设计了电子控制单元，依照各个传感器收集到信号反馈，来达到精确控制电液比例阀，从而实现转向助力系统。论文在最后章节中设计了实验测试，检查单片机对各个电子系统控制效果。测试成果表白，各个电子单元可以正常运营，可以满足实现液压助力转向系统需要。核心词：\o"汽车"汽车，单片机，助力转向，\o"驾驶员"驾驶员AUTOPOWERSTEERINGSYSTEMDESIGNABSTRACTAspeoplelivingstandardrise，buyingacarisnolongerisaverydifficultthing，socarsinsafety，comfortandstabilityofmoreandmorepeopleconcern，carturnedtotheperformanceofthesystemisthestabilityandsecurityofthecarimportantindicatorsof，powersteering，justasitsnameimplies，istoassistthedriverforautomobiledirectionadjustedforthedriversofthesteeringwheelhardreducestrength，andtoreducetheworkloadofthedrivertoreducefatiguedriving，hasverygreathelp.Thispaperfirstlyintroducesthetraditionalvehiclepowersteeringsystemdevelopmentcourse，andtraditionalhydraulicsteeringsystemprincipleofwork，andproposedinthisfoundationofthispapercontrolflowtypehydraulicsteeringsystem，Ithroughtheestablishmentofmathematicalmodel，inordertoflowasthecontrollerchipmicrocontrollerweredesignedonthebasisoftheelectroniccontrolunit，accordingtovarioussensorstocollectfeedback，thesignaltoaccuratecontrolelectrohydraulicproportionalvalve，soastorealizethesteeringsystem.Inthefinalsectionofthepaperwasdesignedwiththechiptothetest，testeachelectricalsystemcontroleffect.Thetestresultsshowthateachelectronicunitcanrunnormally，cansatisfyrealizehydraulicsteeringsystemneeds.KEYWORDS：Automobile，SingleChipMicro-computer，PowerAssistedSteering，Driver目录第1章汽车助力转向系统简介 1§1.1汽车助力转向系统分类 1§1.2汽车转向系统发展过程 2§1.2.1老式机械式助力转向系统 3§1.2.2老式液压式助力转向系统 4第2章液压助力转向系统原理分析 6§2.1液压控制阀构造简介 6§2.2汽车直线行驶时液压控制阀状态 8§2.3汽车左转向时液压控制阀状态 9§2.4汽车右转向时液压控制阀状态 10第3章汽车液压式ESP控制系统设计 12§3.1液压式ESP系统工作原理 12§3.2液压式ESP转向系统 13§3.3重要元器件简介 15§3.3.1单片机 15§3.3.2转换电路及转换控制电路构成 18§3.4单片机控制系统 20§3.4.1单片机信号采集系统 20§3.4.2单片机控制系统电路 21§3.5控制器设计 23§3.5.1控制方略简介 23§3.5.2PID算法 24第4章汽车液压式ESP控制系统模仿实验 26§4.1液压式模仿实验台工作原理 26§4.2液压式模仿实验台测控系统设计 26§4.2.1实验台测控系统模仿测试 26§4.2.2实验台测控单元功能 27§4.3程序编写 28§4.4传感器 28§4.4.1光电车速传感器 28§4.4.2光电车速传感器技术指标 29§4.4.3光电车速传感器技术性能 30§4.4.4光电车速传感器模仿 30§4.5测试成果 33结束语 35参照文献 36致谢 38附录1 39附录2 41汽车助力转向系统简介§1.1汽车助力转向系统分类汽车转向系统分为机械转向系统和助力转向系统两大类。汽车转向性能是汽车重要性能之一，它直接影响到汽车操作稳定性，对于保证车辆安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员人生安全、变化驾驶员工作条件起着重要作用。为了提高转向性能，当前普遍采用了助力转向系统。液压助力转向系统是最早采用助力转向系统形式，电子技术、电气技术及新控制方略应用使得转向系统发生了革命性变化，助力转向系统由老式液压助力转向系统(HydraulicPowerSteering,简称HPS)向电控液压助力转向系统(ElectronicallyControlledHydraulicPowerSteeringSystem，简称ECHPS)、电动液压助力转向系统(Electro-HydraulicPowerSteering，简称EI-IPS)、电动助力转向系统(ElectricPowerSteering，简称EPS)发展。电子控制动力转向系统(简称EPS．ElectronicControlPowerSteering)，依照动力源不同又可分为液压式电子控制动力转向系统(液压式EPS)和电动式电子控制动力转向系统(电动式EPS)。液压式电子控制动转力向系统是在老式液压动力转向系统基本上增设了控制液体流量电液比例阀、车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元依照检测到车速信号，控制电液比例阀，使转向动力放大倍率实现持续可调，从而满足高、低速时转向助力规定。它具备如下长处：（1）设计新颖，构造紧凑。安装占据体积小，质量轻，通过设立不同程序与不同车型匹配，大大缩短生产和开发周期。（2）稳定性好。通过软件控制，本系统增大汽车低速行驶时转向操纵力，提高汽车高速行驶时转向稳定性，提高汽车积极安全性，能通过电子控制器设立不同转向回力特性来满足不同使用对象需求。（3）高抗干扰性能。对汽车行驶时测向力和侧风带来影响有较好校正作用。（4）提高了转向操纵力。克服了液压助力系统传动比不可调缺陷。同步，由于运用了惯性减震器来减少车轮反转和转向前轮摆振，因而提高了转向盘跟随性能。（5）转向回正性好。可以充分发挥软件编程优势，依照不同车速和不同车况，控制电液比例阀提供不同流量特性和与车辆动态性能相匹配转向回正性。当前，国内仅有为数不多院校和公司正在开展汽车液压式电动助力转向系统研究，研究工作并不进一步，未开发出成熟产品而严重受制于国外公司垄断，因而，研究和开发满足各种车型需求新型汽车液压式电子控制动力转向系统，弥补国内该类产品空白，形成产品规模化、系列化，建立面向高新技术领域汽车电动助力转向系统产业基地，已是亟待发展急迫任务。开展本项目研发和产业化，将达到如下目：（1）研究开发面向重型车型新型汽车液压式电子控制动力转向系统，其应用前景广泛，技术性能优越；该系统设计新颖，构造紧凑，工作安全可靠，稳定性好，转向跟随特性和回正特性都将具备优良动态品质。（2）本系统将研发电子控制器，通过软件进行非线性、数字滤波，PID算法等。此种设计极大提高了新型汽车液压式电动助力转向系统操作轻便性和驾驶稳定性，保证安全可靠。（3）创立具备较大规模广东省及国内汽车动力转向技术开发中心和生产基地，具备活跃技术创新力和自主知识产权。开展新型汽车液压式电子控制动力转向系统研制和产业化，将有如下重要意义：（1）提供高性能具备自主知识产权汽车液压式电动助力转向系统装备，跟踪和赶超国际先进科技水平，在提高综合国力和科技水平方面做出贡献。（2）项目完毕后，将为国内高精度、高性能汽车助力转向系统产业化打下良好基本，初步建立起产业化中心，以产生强大市场竞争力。（3）该项目研制与开发对满足驾驶安全以及社会需求，将产生巨大经济效益和社会效益。§1.2汽车转向系统发展过程汽车转向系统是用于变化或保持汽车行驶方向专门机构，其作用是使汽车能在行驶过程中按照驾驶员操纵规定而适时地变化其行驶方向，在受到路面传来冲击及偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶，因而，转向系统性能直接影响着汽车操纵稳定性和安全性。§1.2.1老式机械式助力转向系统机械式转向系统以驾驶员体力作为转向动力，所有传递动力部件都是机械，没有辅助动力源。机械转向系统重要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三某些构成如图1-1所示。图1-1机械式转向系统转向操纵机构就是驾驶员操纵转向器工作机构，涉及从转向盘到转向器输入端零部件等。操纵汽车转向时，驾驶员对转向盘操纵力是非常有限，因而需要借助增力装置来使转向车轮发生偏转。而转向器就是把转向盘传来转矩按一定传动比进行放大并输出。转向器(也常称为转向机)是完毕由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)一组齿轮机构，同步也是转向系中减速传动装置。当前较惯用有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗丰丁曲柄指销式、循环球～齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。转向传动机构是把转向器运动传给转向车轮机构，涉及从摇臂到转向车轮零部件。整个机械转向系统工作方式为：驾驶员需要转向时，对转向盘施加转向力矩，该力矩通过转向轴输入到机械转向器，力矩经转向器减速放大后由转向摇臂传到转向直拉杆，最后再传给固定于转向节上转向节臂，使转向节和它所支承转向车轮发生偏转；与此同步，经梯形转向机构带动另一侧转向车轮同步发生偏转，从而变化汽车行驶方向。依照机械式转向器形式不同，可以将其分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。应用最广泛重要是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大转向力时)。循环球式转向器由于是滚动摩擦形式，因而正传动效率很高，操作以便且使用寿命长，并且承载能力强，故广泛地应用于载货汽车上。齿轮齿条式转向器与循环球式相比，最大特点是刚性大，构造紧凑重量轻，且成本低。由于这种方式容易将反作用力由车轮传至转向盘，因而具备对路面状态反映敏捷长处，但同步也容易产生打手和摆振等现象，且其承载能力相对较弱，故重要应用于小汽车及轻型货车上，当前国内大某些轿车上采用就是齿轮齿条式机械转向系统。§1.2.2老式液压式助力转向系统液压助力转向于20世纪30年代一方面应用在重型车辆上。由于当时汽车装载质量和整备质量增长，在转向过程中需要克服前轮转向阻力矩也将相应增长，作用在转向盘上转向力也随着增长，使驾驶员感到“转向沉重"。当前轴负荷增长到某一数值后，靠人力去转动转向轮就很吃力。为使驾驶员操纵轻便，提高车辆机动性，最有效办法就是在汽车转向系中加装转向助力装置，借助于汽车发动机动力驱动油泵、空气压缩机和发电机等，以液力、气力或电力增大驾驶员操纵前轮转向力量，使驾驶员可以轻便灵活地操纵汽车转向，减轻劳动强度，提高了行驶安全性。液压助力转向系统除了老式机械转向器以外，尚需增长控制阀、动力缸、油泵、油罐和管路等。而轿车对动力转向规定与重型车辆不完全相似。例如重型车辆对动力转向系统噪声规定较低，轿车则对噪声规定很高，轿车还规定选用转向器系统构造要更简朴、尺寸更小、成本更低等。但是重型车辆动力转向技术发展无疑为轿车动力转向技术奠定了基本。老式液压助力转向系统按转向控制阀形式分为滑阀式和转阀式两种。当前在轿车上液压助力转向采用是转阀式控制阀。在轿车上装备液压助力转向系统有如下长处：1.减轻驾驶员疲劳强度。动力转向可以减小驾驶员转向操纵力，提高转向轻便性。2.提高转向敏捷度。可以比较自由地依照操纵稳定性规定选取转向器传动比，不会受到转向力制约。容许转向车轮承受更大负荷，不会引起转向沉重问题。3.衰减道路冲击，提高行驶安全性。液压系统阻尼作用可以衰减道路不平度对转向盘冲击。同步液压助力转向系统也有局限性：1.选定参数完毕设计之后，助力特性就拟定了，不能再进行调节与控制，因而协调轻便性与路感关系困难：如按低速性能设计转向系统时，高速行驶时转向力往往过小，“路感”较差，甚至感觉汽车发“飘”，从而影响操纵稳定性：而按高速性能设计转向系统时，低速时转向力往往过大。2.虽然在不转向时，油泵也始终运转，增长了能量消耗。3.存在渗油与维护问题，提高了保修成本，且泄漏液压油会对环境导致污染。图1-2液压助力转向系统液压助力转向系统原理分析§2.1液压控制阀构造简介回转式转向控制阀安装在转向器上端，如下图2-1所示，控制阀重要机件与齿轮输出轴10同轴，输入轴2上端通过花键与转向中间轴下“十’’字轴万向节轴相连。控制阀进油口18通过管路与转向油泵出油口相连，出油口19在图2-1中，控制阀阀体7滑装在壳体21上部孔中，在其外圆柱面上有3道较宽深环槽和4道较浅窄环槽。宽深环槽是环形油槽，其底部均开有均匀4个油孔，中间环形油槽与进油口18连通，其底部4个油孔较大，是进油通道。两侧V-环形油槽底部也有均布4个直径较小油孔，是出油通道，左侧V-环形油槽通过壳体内设油道16与动力缸左腔室相通，右侧V-环形油槽通过壳体内设油道16与动力缸右腔室相通，浅窄环槽是用于安装密封圈组件，4个密封圈组件14分别装在4个环槽中，从而将3个宽深环形油槽分隔开来。阀体内表面制有8条与两端不惯通纵向切槽，如图2-2，从而形成分别相间分布8道纵槽和8道槽肩，它们与转阀外表面相应纵槽和槽肩配合形成油液流通间隙通道。在阀体下部7装有锁销8，它与斜齿轮输出轴10相卡，7和10不能互相转动。转阀(与输出轴一体)2外圆柱面与阀体7内孔滑动配合，间隙很小，配合精度很高，与阀体形成组件，不可单独更换，它外圆柱面上开有与阀体内孔表面上相应8条不贯通纵槽，并形成8道槽肩(如图2—1)。转阀与阀体配合后纵槽肩相对可形成油液流通间隙通道。在转阀24个纵槽上开有4个通孔与回油口19连通。转阀上端开有环槽，其中装有O形密封圈6。转阀2上端与扭杆1之间装有定位销3，保证扭杆3与输出轴2(转阀)同步转动。转阀2与扭杆之间有很大间隙，用以流通回油轴油。输入轴2，扭杆1和锁定销3构成输入轴组件，输入轴2为空心管形轴件，其上端外表面制有三角细花键，与转向中间轴下端“十"字轴万向节相连。扭杆1具备较好扭转弹性，扭杆穿过输出轴2中心孔，并用锁定销3与输入轴固定，扭杆上部与输入轴间有密封圈4密封，扭杆4下端通过三角细花键与铜套12固连。铜套与斜齿轮输出轴过盈配合。扭杆1，铜套12，斜齿轮输出轴10，锁定销8，阀体7联成一体，可实现同步转动。1．扭杆2．输入轴(转阀)3．锁定销4．密封圈5．密封圈组件6．密封圈7．阀体8．锁销9．滚针轴承10．斜齿轮输出轴11．密封圈组件12．铜套13．深沟球轴承14．密封圈15．深沟球轴承16．通左液压缸17．通右液压缸18．进油口19．出油口20．锁紧螺母21．壳体图2-1转向器构造图图2-2转向控制阀阀体与转阀断面构造及相对位置锁紧螺母20拧在转向器壳体底部螺纹底座孔中，输入轴组件上部通过深沟球轴承15支撑在壳体中心孔内，输出轴组件通过深沟球轴承13支承在壳体中心孔内，从而使输入，输出轴组件实现了径向定位。输出轴10与锁紧螺母20之间有密封圈组件11，输入轴2与壳体21之间有密封圈组件5，以防泄漏。§2.2汽车直线行驶时液压控制阀状态1．扭杆2．输入轴(转阀)3．锁定销4．密封圈5．密封圈组件6．密封圈7．阀体8．锁销9．滚针轴承10．斜齿轮输出轴11．密封圈组件12．铜套13．深沟球轴承14．密封圈15．深沟球轴承16．通左液压缸17．通右液压缸18．进油口19．出油口20．锁紧螺母21．壳体图2-3汽车直线行驶时转阀位置及油流状态当汽车直线行驶时，驾驶员未转动方向盘，此时转阀+处在如图2-3所示中间位置。来自转向油泵出油口高压油从转向器进油口进入到阀体和转阀之间。由于转阀处在中间位置，因此油液就分别通过阀体和转阀纵槽，槽肩形成间隙流入阀体内表面两侧纵槽中，然后通过其槽底油孔进入阀体外圆柱面下油环槽(图中即左槽)和上油环槽(左槽)。下油环槽油液通过壳体中油道16与转向动力缸左腔室相通，上有环槽油液通过壳体中油道17与转向动力缸右腔室相通，这样动力缸左，右油腔油压相等。此时，齿条一活塞既没有受到斜齿轮输出轴10所产生轴向推动力，也没有受到左，右油腔因压差对齿条一活塞所产生轴向移动力，因此齿条一活塞也处在中间位置，转向助力器不起作用。流入到阀体内表面纵槽中油液又通过阀体，转阀槽肩之间形成间隙，流入转阀纵槽底面油口中，再流入转阀2与扭杆1之间空隙，最后经转阀上部通孔流入壳体上油口19，流回转向油泵储油罐，从而形成常流式油液循。§2.3汽车左转向时液压控制阀状态汽车左转向时，驾驶员向左转动方由于转动转向轮有一定转向阻力，起初转动方向盘力矩局限性以克服转向阻力使斜齿轮输出轴10转动，这样阀体7也不转动，那么作用在输出轴2上转向力矩将使扭杆1产生扭转变形，从而输入轴2(即转阀)相对阀体逆时针转过一种角度。转阀逆时针转过一种角度后，几乎关闭了通向动力缸向盘，输入轴2在转向中间轴驱动下有逆时针方向转动趋势(图2-4)。输入轴2即转阀有同步转动趋势；另一方面，输入轴2通过锁定销3带动扭杆1上端有同步转动趋势，但扭杆底部和输出轴10，阀心7，锁定销8相连，则输出轴10，阀心7，锁定销8，有同步转动趋势，右腔室通道17，开大了通向动力缸左腔室油液通道16，这样就使转向油泵压力油经阀体中间环槽，油孔，转阀纵槽，油孔进入阀体下油环槽(即左槽)，然后经壳体中油道16进入动力缸左腔室，左腔室中油液压力上升，与此同步，由于转阀相对阀体逆时针转动，开打了动力缸右腔室与转阀回油孔之间通道，这样动力缸右腔室油液经壳体油道17，阀体上环槽(即右槽)，油孔，转阀纵槽，油孔，转阀与扭杆间隙，油孔，与壳体上回油口19连通，动力缸右腔室油液压力下降。在动力缸左，右腔油液压差作用下，产生了使齿轮-活塞向左移动作用力，这个作用力与转向时通过输入轴2-扭杆1和斜齿轮输出轴10-齿条-活塞上转向力是相似，因而起到了明显得助力效果。当驾驶员停止转动方向盘后，输入轴2随之不再转动，而斜齿轮输出轴10由于通过转向机构与转向轮相连，在惯性力作用下它不也许及时停止转动，从而使之同步转动阀体仍将逆时针转动。阀体相对转阀逆时针转动后，使转阀与阀体间相对位置又回到了如图2-2所示状态，动力缸左，右腔中油液压力又重新恢复相似，那么转向助力作用也随之消失，转向轮保持在与方向盘转角成比例转向位置，这种作用就是随动作用。1．扭杆2．输入轴(转阀)3．锁定销4．密封圈5．密封圈组件6．密封圈7．8．锁销9．滚针轴承10．斜齿轮输出轴11．密封圈组件12．铜套13．深沟球轴承14．密封圈15．深沟球轴承16．通左液压缸17．通右液压缸18．进油口19．出油口20．锁紧螺母21．壳体图2-4汽车左转弯时转阀位置及油流状态§2.4汽车右转向时液压控制阀状态汽车右转向时，动力转向控制阀工作与左转向类似，只是由于转向方向相反，阀体与转阀相对位置及油液流通方向与左转弯时相反，其位置及油流状况如图2-5所示，在这种状况下，动力缸右腔室通高压油，而左腔室与回油路相通是低压油液，因此其助理作用方向也与左转向时相反。1．扭杆2．输入轴(转阀)3．锁定销4．密封圈5．密封圈组件6．密封圈7．阀体8．锁销9．滚针轴承10．斜齿轮输出轴11．密封圈组件12．铜套13．深沟球轴承14．密封圈15．深沟球轴承16．通左液压缸17．通右液压缸18．进油口19．出油口20．锁紧螺母21．壳体图2-5汽车右转时转阀位置及油流状态第3章汽车液压式ESP控制系统设计§3.1液压式ESP系统工作原理流量控制式液压助力转向系统工作原理图如图3-1所示。图3-1流量控制式液压助力转向系统工作原理图汽车液压式ESP控制系统采用流量控制式液压助力转向系统方案。该系统重要由车速传感器、电液比例阀、整体式动力转向控制阀、动力转向油泵和电子控制单元等构成。电液比例阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室油道之间，当电液比例阀阀芯完全启动时，两油道就被电液比例阀旁路。流量控制式液压助力转向系统就是依照车速传感器信号，控制电液比例阀阀芯启动限度，从而控制转向动力缸活塞两侧油室旁路液压油流量，来变化转向盘上转向力。车速越高，流过电液比例阀电磁线圈平均电流值越大，电液比例阀阀芯启动限度越大，旁路液压油流量越大，流入动力缸流量越小，使转向盘敏捷度下降，这就是流量控制式液压助力转向系统工作原理。电液比例阀自己是不具备智能化，于是咱们采用电子控制单元(单片机系统)采集车速信号，经计算后决定提供助力大小，以控制电液比例阀线圈电流大小，实现转向助力可调。§3.2液压式ESP转向系统在第2章中非常详细地分析了汽车液压助力系统工作原理。当前，在原有液压系统并联一种电液比例阀后状况。图3-2是液压式电控助力转向系统工作原理图，右图是液压式电控助力转向系统等效模型图。按规定工作状况，写出液压式电控助力转向系统数学模型。液压泵总流量Q0，电液比例阀流量Qd，别的参数定义和前面同。假定系统在初始状态下，输入角度为0时。Q0=Qd+Qs（3-1）Qs=Q4+Q3（3-2）图3-2流量控制式液压助力转向系统等效模型图（3-5）（3-4）（3-3）由初始工况可知：（3-5）（3-4）（3-3）Q3=Q4（3-6）（3-6）由此可得（3-7）（3-7）（3-8）（3-8）（3-9）（3-9）如果只考虑QS(s)与QL(s)关系，则上式可简化为由式和式可得寻找到了油泵总流量O0，以及电液比例阀阀口面积与负载流量QL(s)之间关系，但是M值很难拟定下来，由于它与P1，P2，Ps，阀口转角等因素关于，可以把它看作一种常数(此值可正可负，也可为0，不好拟定下来)，这是由于一旦与之有关因素拟定下来，它也就拟定了。其中A为电液比例阀开口面积。由上式可知，流向转阀地流量和电液比例阀开口成反比。控制阀选用力士乐公司型号为4WRAE6EI-15-2X比例方向阀，其使用参数如下：最高压力315bar，最大流量42L/min，带有内置放大器；通径6mm；电源24vDC；控制输入电压±10v；滞环<5％；反向误差<1％；敏捷度<1％；频率响应l0Hz：此阀压差为l0bar时额定流量为15L/min，由此推算出此时A=7.576mm2；当此阀压差为60bar时，流量可算出为31L/min。假设：阀芯最大位移为3mm；阀压降为6MPa时流量系数Cd=0.7。依照该阀有关资料，可以算出：节流槽额定通流面积A=7.5762mm2阀芯位移死区0最大有效阀芯位移2.4mm死区电压为2V阀芯运动时间常数11ms代入W2L2=5.2227后，当A=7.5762时，Qs=0.49Qo。§3.3重要元器件简介电子控制单元由单片机采集子系统和控制子系统构成，当前先简介用到几种电子元件。§3.3.1单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)低电压，高性能CMOS8位微解决器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMELAT89C51是一种高效微控制器，AT89C单片机为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉方案。1．重要特性：与MCS-51兼容4K字节可编程闪式存储器寿命：1000写/擦循环数，据保存时间：全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定期器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.管脚阐明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一种8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P0口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必要被拉高。图3-3AT89C51管脚图P1口：P1口是一种内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接受。P2口：P2口为一种内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因而作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉缘故。P3口也可作为AT89C51某些特殊功能口，如下表所示：各管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同步为闪烁编程和编程校验接受某些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存容许输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而它可用作对外部输出脉冲或用于定期目。然而要注意是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。如想禁止ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。此外，该引脚被略微拉高。如果微解决器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效/PSEN信号将不浮现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不论与否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。XTAL2：来自反向振荡器输出。§3.3.2DAC0832是8辨别率D/A转换集成芯片。与微解决器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简朴、转换控制容易等长处，在单片机应用系统中得到广泛应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。图3-4DAC0832D/A转换器逻择框图和引脚排列DAC0832重要特性参数如下：*辨别率为8位；*电流稳定期间1us；*可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；*只需在满量程下调节其线性度；*单一电源供电（+5V～+15V）；*低功耗，20mW;DAC0832各引脚功能定义如下：*D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应不不大于90ns(否则锁存器数据会出错)；*ILE：数据锁存容许控制信号输入线，高电平有效；*CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；*WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应不不大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1负跳变时将输入数据锁存；*XFER：数据传播控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应不不大于500ns）有效；*WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应不不大于500ns）有效。由WR2、XFER逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器输出随寄存器输入而变化，LE2负跳变时将数据锁存器内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。*IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器内容线性变化；*IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；*Rfb：反馈信号输入线，变化Rfb端外接电阻值可调节转换满量程精度；*Vcc：电源输入端，Vcc范畴为+5V～+15V；*VREF：基准电压输入线，VREF范畴为-10V～+10V；*AGND：模仿信号地；*DGND：数字信号地；§3.3.低输入偏置电流：30pA低输入失调电流：3pA高输入阻抗：10120hms低输入噪声电流：0.01pA/(Hz)l/2高共模抑制比：l00dB大直流电压增益：106dB§3.4单片机控制系统电子控制单元由单片机采集子系统和控制子系统构成，它们共用一种单片机系统。如下做进一步分析。§3.4.1在本单片机系统中，单片机P2.7与P3.7与非后连接ADC0809OE端，P3.3连接EOC端，P2.7与P3.6与非后连接SC端，按照图3-5，ADC0809模仿通道0～7地址为7FF8H，7FFFH，P0口连接数据口，ADC0809IN0采集车速信号。图3-5单片机采集系统电路图§3.4.2在本单片机系统中，0～FFH相应0-5V。单片机控制系统电路图如图3-6所示。在图3-6电路中，单片机P2.6控制DAC0832片号给选端，低电平有效，P0八个端口输出数据到DAC0832，DAC083211、12端口送信第一种LF356，再有它传给另一种LF356，经反相比例(1：2)后，Ud输出0-10V电压，此电压控制电液比例阀电控器。单片机控制系统构造框图如图3-7所示。图3-8为单片机采集与控制系统程序流程图，源代码参看附录2。图3-6单片机控制系统电路图图3-7单片机控制系统构造框图图3-8单片机采集与控制系统程序流程图§3.5控制器设计§3.5.1控制PID控制是最早发展起来控制方略之一，由于其算法简朴、鲁棒性好、可靠性高，各个控制器参数有着明显物理意义，调节以便，因此被广泛应用于机电、冶金、机械、化工等行业实际生产过程中。在实际过程控制与运动控制系统中，PID家族占有相本地位，据记录，工业控制控制器中PID类控制器占有90％以上。PID控制将偏差比例(P)、积分(I)、和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID算法可分模仿(持续)PID控制算法和数字PID控制算法。自从计算机进入控制领域以来，用数字计算机代替模仿计算机调节器构成计算机控制系统，不但可以用软件实现PID控制算法，并且可以运用计算机逻辑功能，使PID控制更加灵活，因而当前生产过程中应用PID控制算法重要为数字PID控制算法。数字PID又可分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法两种。在本课题中，应用PID算法，依照车速信号0—5V来拟定控制电压Uj，我运用分段办法，详细可参看附录2中关于内容。为输入量计算出控制电压Uj，反馈量为上一次计算出控制电压Uj-1。应用此算法重要目是：控制电压平稳变化，不产生突变。§3.5.1.抱负微分PID控制PID调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定值厂r(t)与输出值C(t)进行比较构成控制偏差：图3-9模仿PID调节器控制系统框图（3-10）将其按比例、积分、微分运算后，并通过线性组合构成控制量，如图3-9所示，因此简称为P(比例)、I(积分)、D(微分)调节器。（3-11）设系统误差为e(t)，则模仿PID控制规律为（3-11）式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。2.PID模仿控制器离散化（3-12）用矩形法来计算数值积分：（3-12）（3-13）用后向差分来代替微分：（3-13）（3-14）则离散化PID控制规律是：（3-14）式中，T为采样周期，u。为控制初始值。上式表达控制算法提供了执行机构位置，因此称为PID位置控制算法。汽车液压式ESP控制系统模仿实验§4.1液压式模仿实验台工作原理本课题依照疲劳荷载特点设计了疲劳荷载加载模仿实验台，其液压原理如图所示。系统额定压力Ps=6.3Mpa；双作用双活塞杆液压缸缸径D=50mm，活塞杆直径为d=28mm，活塞工作面积Ap=1347mm2。由于比例方向阀压降、泄漏和回油路上背压等因素，最大输出负载压力约为咒眦；5Mpa，那么液压缸单向最大负载力为：6.75kN瞄引。模仿实验台液压原理图如图4-1所示，电液比例方向阀4模仿转阀，电液比例方向阀3即为并联在原液压系统电液比例方向阀。1．油箱2．单作用叶片泵3．电液比例方向阀a4．电液比例方向阀b5、6．截止阀7、8．压力传感器9．位移传感器10．液压缸ll溢流阀图4-1模仿实验台液压原理图§4.2液压式模仿实验台测控系统设计§4.2.1图4-2模仿实验台测控原理图本课题设计了测控单元，涉及工控机，数据采集卡，传感器和电液比例方向阀，电子控制单元。其构造构成如图4-2所示。§4.2.21．工控机本测控系统采用研华工控机，基本配备为：P42.4GCPU，内存256M，40G高速硬盘，2．传感器它是用来将非电物理量转化为电信号装置，是测试和控制重要元件。使用传感器一方面拟定传感器种类和型号。本测控系统需要测量压力和活塞位移信号，因而需要压力和位移传感器。压力传感器用来测量电液比例方向阀两个控制口压力。本系统采用广州粤茂电子科技有限公司生产YP4000系列压力传感器，它是依照电阻丝阻值随其应变而变化原理制成。传感器参数是：量程10MPa，精度0.25％FS，电源为24VDC，输出0-10VDC(四线制)，响应时间5毫秒。位移传感器用于测量活塞位移。本系统采用辽宁阜新祥锐公司差动变压器式位移传感器(LVDT)。传感器参数是：量程±100mm，0.3级以上精度，电源为±15VDC，输出±10VDC。3.抗干扰办法在测控系统中，除了待测信号外，会有诸多随机信号对测量系统产生干扰。干扰信号重要有电源、电磁以及信号传播通道干扰等。例如电动机等设备，产生电磁波会导致测试系统浮现电干扰，信号线与控制线传递信号失真，为了可以精确地进行信号测量，必要要考虑设计测控系统抗干扰办法。依照本系统实际状况，采用抗干扰办法重要有二点：（1）接地设计测试装置中地线是所有电路公共零电平参照点，理论上地线电平应相似，因各点之间必要用导线连接，因此当一根导线两端在不同点接地时，由于导线内阻导致两点电位差不为零，这将影响电路输入和输出。为克服这一影响，把数字地和模仿地分开接，最后在一点接地；或者用小电阻地线，减小接地电位差。（2）采用屏蔽设计由于测量系统中需要采集各种信号源，因此信号通过电线(信号通道)传递时会产生噪声干扰、长线传播干扰等。因此系统采用了屏蔽线等办法来消除信号干扰。4．数据采集卡采用研华公司PCL818L数据采集卡，用于压力信号、位移信号采集。5．DA卡控制量输出需要DA卡来转换，这里采用研华公司PCL726卡。§4.3程序编写本实验台控制软件采用图形化编程语言LabVIEW编写瞄驯。虚拟仪器浮现，引领着测试测量领域发展和进步。作为虚拟仪器软件核心，LabVIEW可以协助工程师迅速高效地创立灵活、功能易于扩展、可升级测试、测量和控制应用程序瞄叫。使用LabVIEW，工程师可以很轻松连接测量硬件和采集实际信号，并对其进行强大分析得出有用信息，然后将测量成果直观进行显示。无论与否有有关编程经验，使用LabVIEW，都可以以便快捷地开发测量程序，进而大大缩短测试系统开发周期和开发成本。§4.4传感器§4.4.1NCT-1光电车速传感器是为汽车行驶性能实验设计非接触式车速传感器，安装在车辆上用于测量行驶速度和距离。它采用光电空间有关滤波技术，把路面图象变换为与车速成正比频率信号，供应二次仪表或计算机进行数据采集解决显示。传感器拍摄路面图象需要足够亮度，因此传感器座装有照明灯。光电车速传感器输出信号是不规则小信号，必要通过跟踪滤波器变为与车速成正比基波信号并转换为二次仪表或计算机可以接受TTL电平脉冲信号。为了以便传感器安装在车上，配套设计制造了一套带真空吸盘安装支架。使用真空吸盘可以以便地吸牢在被测车辆平整表面上，只要不漏气，吸盘吸附力不不大于100Kg§4.4.21、速度量程：1-2、精度：±0.5％(距离≥100m)3、光电头安装高度：500mm+100mm4、脉冲当量：约4mm/脉冲5、输出信号：1L6、跟踪带宽：50Hz-20KHz7、跟踪速率：≥198、白线信号输出：正脉冲，TTL电平9、速度模仿信号：0-5V/0-200Km/h10、传感器及滤波器电源：5-12VDC，约3W11、照明灯电源：12V，55W12、重量：光电传感器(含照明灯)2.5Kg，跟踪滤波器0.6Kg圈泣：1电气接头2车速传疼器3转子(脉冲转)4磁性拾波器图4-3车速传感器总成§4.4.3光电车速传感器和跟踪滤波器重要功能是安装在被测车辆上，输出与速度成正比数字脉冲信号，脉冲当量约4mm/脉冲。本产品依照顾客规定，可以选装速度模仿电压信号，把0-200km/h速度变化转换成0-5V直流电压输出，线性度为0§4.4.4NCT-1光电车速传感器，把0-200km/h速度变化转换成0-5V直流电压输出，线性度为0.2％。咱们可以运用单片机系统模仿这个0-5V直流电压信号，节约资金。这个单片机系统由AT89C51单片机、DAC0832图4-4车速传感器模仿电子电路图汽车加速能力是指汽车在行驶中迅速增长行驶速度能力。从启动到加速至最高速度(0-5V、0-200Km/h)需要时间。这直接决定锯齿波延时程序编制。依照网上资料查，宝马X5，0-100公里加速度只用了5秒多，由此假定了0-200Km、h(0-5V)，需要至少12秒，在单片机系统中，0-FFH相应0-5v，0-FFH变化率为0.046875秒，因此延时程序中i=5875。在下图电路中，单片机P2．6控制DAC0832片选端，低电平有效，P0八个端口输出数据到DAC0832，DAC083211、12端口送信号给第一种LF356，再有它传给另一种Lb356，经反相比例(1：1)后，Uv如下为本模仿系统电路原理图和源程序流程图，源程序参看附录1。图4-5车速传感器模仿电子系统程序流程图图4-6车速传感器模仿电子系统构造框图通过电路测试后，本系统可以实现设计规定在下一节中，就会看到本模仿电子系统实际成果。§4.5测试成果图4-7车速传感器模仿电子电路实测电压输出图图4-8电子控制单元实测电压输出图图4-9DA卡控制电压输出图图4-10液压缸伸出杆位移a图4-11液压缸伸出杆位移b运用已搭建好实验平台，完毕了本课题实验。图4-7为车速传感器模仿电子电路实测电压输出Uv，由于在采集中有一定干扰，浮现了某些变形。图4-8为电子控制单元实测电压输出Ud，控制电液比例阀3。图4-9为DA卡控制电压输出，此电压控制电液比例阀4，是一种正弦信号，幅值正负5v,周期30s。图4-10，图4-11均为液压缸伸出杆位移，但是图4-10是在控制电液比例阀3为不工作状况下测得数据，图4-11是在控制电液比例阀3为工作状况下测得数据，从两幅图中可以看到，图4-11中位移坐标大小比图4-10小了一半，这是由于在设计时，电液比例阀3作用就是将主油路流量旁路一某些，最大值为其一半，由实验成果知，本设计方案可以满足设计规定，基本可行。结束语论文一方面简介了汽车助力转向系统国内外研究现状与发展趋势，并详细分析了老式液压助力转向系统工作原理。在此基本上应用了控制流量式液压助力转向系统方案，即在老式液压动力转向系统基本上增设了控制液体流量电液比例阀、车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元依照检测到车速信号，控制电液比例阀，使转向动力放大倍率实现持续可调，从而满足高、低时转向助力规定。为了实现此方案，本文建立了流量控制式液压助力转向系统数学模型，设计了以51单片机为核心电子控制单元，采集车速信号，计算输出电压信号，由此控制电液比例阀，实现控制规定。论文最后某些设计了实验平台，检查电子控制单元控制效果，并优化PID参数。实验成果表白，电子单元可以正常工作，可以满足本液压系统控制性能需要。参照文献[1]毕大宁．汽车转阀式动力转向器设计与应用．北京：人民交通出版社，1998[2]李松和．转阀式动力转向器构造原理及使用维护．汽车技术．1998(6)：[3]张锋，毕大宁，转阀式动力转向器转阀刃口计算与分析．汽车研究与开发．1994(5)：40～45[4]王晓力．转向控制阀特性分析．汽车技术．1990(8)：11～17[5]JoelE．birsching．TwoDimensionalModelingofaRotaryPoweringSteeringValve．SAE，1997[6]AlyBadawy，JeffZuraski，FarhadBolourchiandAshokChandy．ModelingandAnalysisofanElectricPowerSteeringSystem．SAE，1999[6]谭浩强．C程序设计．北京：清华大学出版社，[7]MasahikoKurishige，TakayukiKifuku，NoriyukiInoue，SusumuZeniyaandShigekiOtagaki．AControlStrategytoReduceSteeringTorqueforStationaryVehiclesEquippedwithEPS．SAE，1999[8]VladimirV．Kokotovic，JohnGrabowski，Viral^anin，JohnLee．ElectroHydraulicPowerSteeringSystem．SAE，1999[9]王懋瑶．液压传动与控制．北京：机械工业出版社，1986[10]郑锦聪．MATLA