液壓助力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)說明書

1、 液壓助力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)汽車與交通學(xué)院課程設(shè)計說明書課 程 名 稱:汽車電控系統(tǒng)實習(xí)及課程設(shè)計 課 程 代 碼: 106010319 題 目: 液壓助力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng) 年級/專業(yè)/班: 2013級車輛工程汽電(1)班 學(xué) 生 姓 名: XX 學(xué) 號: 開 始 時 間: 2017 年 1 月 4 日完 成 時 間: 2017 年 1 月 10 日課程設(shè)計成績：文獻查閱（10）標(biāo)準運用（10）設(shè)計手段應(yīng)用（20）說明書內(nèi)容（40）說明書質(zhì)量（10）答辯 （10）總 分（100）指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 目 錄 摘要31 引言41.1問題的提出41.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀41.3任務(wù)與分析41.3.1硬件

2、需求41.3.2軟件需求42 設(shè)計方案52.1系統(tǒng)設(shè)計方案論證52.1.1信號輸入方案設(shè)計52.1.2系統(tǒng)顯示方案設(shè)計 52.1.3 信號輸出的方案設(shè)計52.2 總體設(shè)計方案框圖62.2.1 方案一設(shè)計框圖62.2.1 方案二設(shè)計框圖72.3最終方案確定73系統(tǒng)硬件設(shè)計83.1 AT89C51介紹83.2 ADC0804芯片介紹113.2.1 ADC0804芯片的時鐘頻率113.2.1 ADC0804采集的信號處理113.3 LCD1602液晶顯示器123.4L298電機驅(qū)動芯片 124 系統(tǒng)軟件設(shè)計134.1 主程序流程圖134.2 子程序流程圖144.2.1 助力控制策略子流程圖

3、144.2.2 ADC0804子流程圖154.2.2 PID控制算法子流程圖165. 系統(tǒng)調(diào)試過程175.1 原題圖和印制板圖繪制和檢測175.1.1 在Protel99se繪制原理圖175.1.2 在Protell99se生成PCB圖185.1 keil程序調(diào)試195.3 Proteus 仿真調(diào)試 19結(jié)論23致謝24參考文獻 25附錄原題圖和印制板圖26C語言代碼 摘 要 本次課程設(shè)計的內(nèi)容是液壓助力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)。系統(tǒng)基于89C51單片機，通過AD0804數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采集電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入控制器，以此同時按鍵輸入速度信號結(jié)合AD采集的方向盤扭矩信號通過相應(yīng)的助力策略以及控制算法輸出最

4、佳的助力扭矩。在Proteus軟件繪制硬件電路，通過keil程序編譯軟件編寫相應(yīng)的C語言代碼，以及相應(yīng)的控制算法，輸出PWM信號，經(jīng)過仿真基本實現(xiàn)任務(wù)要求。最后用protel軟件繪制硬件原理圖以及PCB板的制作。該設(shè)計基本實現(xiàn)了汽車低速行駛的轉(zhuǎn)向輕便性以及高速行駛的轉(zhuǎn)向安全性的任務(wù)要求。關(guān)鍵詞：XX1 引 言 1.1 問題的提出 本次課程設(shè)計的任務(wù)要求是.1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能保證在不同的方向盤扭矩與汽車行駛速度給出相應(yīng)的助力，因此在汽車發(fā)展過程中，就出現(xiàn)了EPS，EHPS，以及線控助力轉(zhuǎn)向。在液壓助力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)的研究及發(fā)展已經(jīng)有半個世紀了，因此該系統(tǒng)也相對成熟，在基于si

5、mulation X電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中就有對輸入轉(zhuǎn)矩以及汽車速度時的系統(tǒng)仿真，改仿真基本實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向助力的要求，在汽車電器與電子技術(shù)書內(nèi)也講解了對助力策略的內(nèi)容，因此該設(shè)計思路也是基于改助力策略展開的。1.3任務(wù)與分析 本課題主要的目的是為了保證汽車轉(zhuǎn)向時的助力最優(yōu)化，需要對汽車方向盤的轉(zhuǎn)動扭矩以及汽車駕駛的速度分析，在預(yù)先設(shè)定的助力策略中給定相對優(yōu)化的助力轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的輕便性以及安全性。分析了上述的任務(wù)要求，并且查閱了相應(yīng)的文獻，確定了硬件方面采用89C51單片機控制芯片，使用非接觸式扭矩傳感器采集方向盤的轉(zhuǎn)向扭矩，集成式霍爾傳感器采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速，輸入至控制器中計算分析，由助力策略給

6、出相應(yīng)的助力轉(zhuǎn)矩，輸入至電動機驅(qū)動液壓泵實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向，再由電機的反饋轉(zhuǎn)速至控制器中，經(jīng)過增量式控制算法得到優(yōu)化的驅(qū)動電機的PWM。1.3.1硬件需求.1.3.2軟件需求.2 設(shè)計方案 2.1 系統(tǒng)設(shè)計方案論證2.1.1信號輸入方案設(shè)計方案1：方向盤扭矩信號是有非接觸式扭矩傳感器產(chǎn)生差分電壓信號，因此采用AD0804采集電壓信號，AD芯片不需要定時器以及外部中斷口的使用，比較簡單。方案2：方向盤扭矩信號是有非接觸式扭矩傳感器產(chǎn)生差分電壓信號，采用ADC0809，該芯片的使用有查詢或者中斷的方式得到采集信號，相比第一種方案要復(fù)雜很多。.2.2總體設(shè)計方案框圖2.2.1 方案一設(shè)計框圖LED顯示AD

7、0809電壓采集89C51反饋轉(zhuǎn)速M驅(qū)動放大等電路DA轉(zhuǎn)換驅(qū)動電流輸出控制端口復(fù)位電路脈沖信號輸入時鐘電路XTAL1，XTAL2 P0RES P2 P2.1 INT0P1 IN1 方案一：使用AD0804采集電壓信號模擬方向盤轉(zhuǎn)矩，使用的是查詢方式的話系統(tǒng)控制效率不好，采用中斷方式就需要使用其中一個外部中斷端口，由于此方案端口不夠，采用查詢方式，脈沖信號的頻率表示發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，需要采用一個外部中斷以及一個定時器才能實現(xiàn)對脈沖頻率的測量，兩者的信號輸入控制器計算后在LED上顯示，使用P0口加上拉電阻驅(qū)動LED動態(tài)顯示汽車速度，P2端口的某些口為控制端口，比如AD轉(zhuǎn)換，DA轉(zhuǎn)換的WR,CS等控制，

8、P2.1輸出控制電流經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換得到模擬信號經(jīng)過隔離電路，放大電路以及保護電路驅(qū)動電機，最后由電機反饋實時轉(zhuǎn)速至控制器進行PID控制算法。2.2.2 方案二設(shè)計框圖LCD1602顯示器XTAL1 XTAL2 P0 RST P2 P1 P3.2時鐘電路復(fù)位電路汽車行駛速度設(shè)定按鍵相應(yīng)的控制端口P3.6 P2.1脈沖信號輸入輸出驅(qū)動信號ADC0804轉(zhuǎn)換電路反饋電機轉(zhuǎn)速輸入P3.3圖2.2 系統(tǒng)總體框圖方案二：采用ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采集信號模擬汽車轉(zhuǎn)向扭矩，按鍵輸入汽車速度，將信號輸入控制器中通過助力策略得出相應(yīng)的PWM占空比，由P2.1口輸入L298驅(qū)動芯片驅(qū)動電機，再由電機反饋轉(zhuǎn)速至單

9、片機進行增量式PID控制算法得到最終的PWM占空比。2.3最終方案確定方案一對比于方案二較為復(fù)雜，.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 AT89C51單片機介紹AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C51單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 以下主要是設(shè)計過程中使用的引腳及其功能的設(shè)計。P0口：方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，

10、對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。 將單片機需要顯示的結(jié)果由P0口向LCD1602輸入。P1口：P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL 邏輯 門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。本次設(shè)計將AD芯片采集的模擬量轉(zhuǎn)換結(jié)果由單片機的P1端口輸入。例如為5V電壓則輸出0xff,向全部P1端口輸入高電平。P2口：P2口與P1口相差不大，在此次設(shè)計中的將某些端口定義為某些控制端口，比如AD模數(shù)轉(zhuǎn)換的控制端CS，RD，WR等，以及PWM信號輸出也由P2.1口向L298芯片輸出。P3口：較以上端口

11、來說，P3口的大多口都有復(fù)用功能。在此次設(shè)計中就用到了P3.2端口的復(fù)用功能外部中斷0，以及P3.4，P3.5的計數(shù)功能等。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)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。 .XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。設(shè)計中將XTAL1，XTAL2輸入外部硬件產(chǎn)生的時鐘信號。3.2 ADC0804芯片介紹ADC0804是一款8位、單通道、低價格A/D轉(zhuǎn)換器，主要特點是：模數(shù)轉(zhuǎn)換時間大約100us；方便TTL或CMOS標(biāo)準接口；可以滿足差分電壓輸入；具有參考電壓輸入端；內(nèi)含時鐘發(fā)生器；單電源工作時（05）V輸入電壓

12、范圍是05V；不需要調(diào)零等等。 Vin（+）Vin(-)：兩模擬信號輸入端，用以接收單極性、雙極性和差模輸入信號；DB7DB0：具有三態(tài)特性數(shù)字信號輸出口；AGND：模擬信號地；DGNA：數(shù)字信號地；CLK：時鐘信號輸入端；CLKR：內(nèi)部時鐘發(fā)生器的外接電阻端，與CLK端配合可由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其頻率為1/(1.1RC)；CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦CS有效，表明AD轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動工作WR：寫信號輸入，低電平啟動AD轉(zhuǎn)換；RD：讀信號輸入，低電平輸出端有效；INTR：AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成；Vref/2：參考電平輸入，決定量化單位；Vcc：芯片電源5V

13、輸入；3.2.1 ADC0804芯片的時鐘頻率ADC0804的工作時鐘頻率允許在范圍為100KHZ-1460KHZ之間，本次設(shè)計采用640KHZ的時鐘頻率，根據(jù)1/(1.1RC)公式計算采用. 3.2.2 ADC0804采集的信號處理.3.3 LCD1602液晶顯示器 LCD1602是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，其中相應(yīng)的引腳作用如下VSS：電源地；VCC：電源；V0： 電源顯示偏壓，接入滑動變阻器可調(diào)節(jié)顯示屏亮度；R/S： 命令/數(shù)據(jù)選擇的引腳，當(dāng)寫入0時為指令選擇，此時輸入的信號為指令信號，當(dāng)寫入1時，就為數(shù)據(jù)信號。R/W： 該端口為讀/寫端口，寫入1為讀數(shù)據(jù)，寫入0為

14、寫數(shù)據(jù)。由于此次課程設(shè)計只選用寫的功能，在Proteus的連線將此端口接地。E： 使能端，寫1即選中。DB0-DB7：并行數(shù)據(jù)端口。BLA,BLK：為被光源正負級端口。3.4 L298電機驅(qū)動芯片介紹 L298驅(qū)動芯片下面是L298引腳及相應(yīng)功能介紹：在本次課程設(shè)計由于.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序流程圖 結(jié) 束調(diào)用顯示子程序按鍵輸入速度信號助力控制策略處理輸入信號調(diào)用增量式PID控制算法AD0804電壓信號采集 開 始介工作過程.4.2 子程序流程圖4.2.1 助力控制策略子流程圖 開 始計算車速Yv>0&v<=20NYv>20&v<=30YK(v)=

15、3.8021K(v)=2.9211Nv>30&v<=40NK(v)=1.8532Yv>40&v<=60NYv>60&v<=90K(v)=0.8511K(v)=0.4379 K(v)=0N 返 回 電控轉(zhuǎn)向助力控制策略流程圖介工作過程.4.2.2 ADC0804子流程圖 開 始轉(zhuǎn)換啟動，寫準備讀數(shù)據(jù)，讀準備 均值濾波 返 回 ADC0804數(shù)據(jù)采集流程圖介工作過程.4.2.2 PID控制算法子流程圖流程圖加介紹。 5 系統(tǒng)調(diào)試過程 通過上面的設(shè)計，設(shè)計已經(jīng)基本完成。下面主要實現(xiàn)Protell99se的原理圖、印制板圖的繪制和做相關(guān)檢測，

16、對Keil進行相應(yīng)的檢查和調(diào)試，并用Proteus對所設(shè)計系統(tǒng)進行仿真。5.1原理圖和印制板圖繪制和檢查5.1.1 在Protel99se繪制原理圖打開Protel99se，繪制系統(tǒng)的原理圖。原理圖包括能輸出時鐘電路，驅(qū)動電路以及復(fù)位電路。繪制完成的原理圖如下圖所示： 圖5.1.11 原理圖的繪制具體大圖見附錄1。繪制完原理圖之后，對原理圖進行同一網(wǎng)絡(luò)命名多個網(wǎng)絡(luò)名稱檢測、未連接的電路標(biāo)號檢測、未連接的電源檢測、電路編號重號檢測、元件編號重復(fù)檢測等檢測。ERC檢測結(jié)果如圖5.2: 圖5.1.12 ERC電氣規(guī)則檢查5.1.2 在Protell99se生成PCB圖在創(chuàng)建完原理圖后，對各元器件的引

17、腳進行封裝，對于生成的PCB圖中各器件進行調(diào)整，并布線，最終生成PCB圖。結(jié)果如圖5.1.21所示: 圖5.1.21 生成PCB圖在圖中將電源線，和地線均加粗處理。5.2 Keil程序調(diào)試程序調(diào)試結(jié)果如圖5.2所示： 圖5.2 程序調(diào)試結(jié)果5.3 Proteus仿真調(diào)試1.在proteus仿真開始，速度為0，PWM=0，電機不轉(zhuǎn)。2.方向盤轉(zhuǎn)矩為3.927牛頓米，速度為17千米每小時，PWM脈沖占空比較大，電機助力較大。3. 方向盤轉(zhuǎn)矩為3.863牛頓米，速度為34千米每小時，PWM脈沖占空比較大，電機助力較大。4.方向盤轉(zhuǎn)矩為2.454牛頓米，速度為57千米每小時，PWM脈沖占空比較小，電機助力較小。5.方向盤轉(zhuǎn)矩為1.542牛頓米，速度為94千米每小時，PWM脈沖占空幾乎為0，電機幾乎不產(chǎn)生助力。6.方向盤轉(zhuǎn)矩為1.542牛頓米，速度為119千米每小時，PWM脈沖占空幾乎為0，電機幾乎不產(chǎn)生助力。綜上仿真結(jié)果可知，基本達到了任務(wù)要求，實現(xiàn)了低速駕駛的轉(zhuǎn)向輕便性與高速駕駛的