虚拟仪器测试技术在汽车电动助力转向系统上的应用

一、虚拟仪器的概括

根据现在的汽车工程测试的各种情况，建立灵活变化、功能强大、成本低廉的汽车电器测试系统是我们现在汽车测试的迫切要求，这种测试系统可以按照每一工程测试的要求，自由增减测试系统配置，通过各自利用配置系统单元器件，充分使用已有的系统化的标准化资源，以直观和有效的方式提高工程测试技术综合应用的效率。

现在汽车工程中的测试仪器和其他工程上的是一样的，也都需要专用的检测仪器，我们通过比较可以看出虚拟仪器的优点：（1）有些测试设备由于年久失修，数字化水平都比较低，而且产品严重老化，部分电路板有的已经严重腐蚀，几乎无法恢复正常工作。而虚拟仪器能够克服以前一些测试设备的弊端，通过设备的完整就能确保数据采集的精确性和实时性、提高数据处理功能、提高易操作性，对原有的设备进行更新和扩充，形成一个测试系统；（2）在平时测试系统中，硬件系统是为了解决测试系统信号的输入与输出，并且实现信号之间的逻辑关系；软件系统则是整个系统运行的关键和功能的体现，它是使信号做相应的处理，虚拟仪器可使用相同的硬件系统，通过不同的设计程序就可以实现完全不同的各种测量仪器的功能。虚拟仪器的测试系统和前面板的显示全部实现了软件化，即软件系统成为虚拟仪器测试系统的核心，软件可以定义各种仪器；（3）虚拟仪器的可变性很大，随时随地可按照实际情况增减测试功能，改进目标的设计方案，其优越性是无比的；而单片机系统开发的仪器使用若干年后，因为用户提出新的要求而使原来的设备不能适应变化的环境而被淘汰；（4）虚拟仪器在使用过程中，逐渐更新逐渐完善其测试系统的内部功能，随时随地可以不断改进其工作方式，因而使程序越用越完善、越发贴近最新的工作需要;尤其是用单片机开发专项新产品的设计者积累的感性认识被限制在当时一定范畴内， 从设计到变成仪器， 受到时间跨度和经费支出的限制，其可靠性、稳定性常造成先天性不足，事后亦难以弥补解决；（5）虚拟仪器的硬件、软件是多年累积的，一套软件系统、一个群体的智慧，是成批量的产物，其成熟性、可靠性、稳定性是不容怀疑的。而且测试软件中如果有不满意的地方可以事后轻而易举地修改以适应需要；它是编程设计模块化的集成，直观性强，即使是非计算机专业对口人才，也很容易进行程序修改。从减少开发时间和降低成本方面来看，虚拟仪器的优越性是确切的。随着虚拟仪器的逐渐使用，我们将越来越发现它的优点。

二、电动助力转向系统及虚拟测试系统

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，并且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。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。

汽车电动助力转向虚拟测试系统主要有以下几个部分构成：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（见图1）。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。具体的测试规程是：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。

汽车电动助力转向虚拟测试系统可以图2 表述:

（1）串口通信VI：串口通信节点一般由以下节点组成串口的通讯节点。

利用VISA Configure Serial Port节点来设置通信方式的初始化参数见图3。

利用VISA Read节点来读取串口数据节点（见图4）。

利用VISA Close节点把资源关闭（见图5）。

（2）数字滤波器VI：利用此装置进行滤波（见图6）。

此系统一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而且能够极大地衰减其他频率成分。这种选频作用，可滤除干扰噪声或进行频谱分析。系统选用了IIR低通巴特沃兹滤波器。

系统是通过两个弹簧模拟汽车转向阻力，当转向盘转角逐渐增加时，实时地观察系统变化，这也是虚拟仪器的实时性特点。

从实验的图示（见图7）可以清晰地看出，电动助力转向系统中的扭矩在没有助力时比在有助力时明显大，这样可以明显地观察到助力效果，明显观察到电动助力转向系统的轻便性。

综合以上实验结果可见，虚拟仪器在汽车电动助力转向系统中的应用是很方便而且无需使用更多的繁琐的仪器控制，实验中可以看出助力系统中有无助力前后的系统变化。通过此测试系统，使得该测试系统的自动化程度得到了极大的提高，减少了人为操作的误差，通过进一步系统的优化，可以改变系统的程序软件和其他的系统配置，无需太大的动作去改变测试结构就可以适应不同方面的测试需要。