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汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著人們生活水平提高,購買汽車已經(jīng)不再是一件很困難事情了,因而汽車在安全性、舒服性以及穩(wěn)定方面越來越受到人們關(guān)注,汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能是汽車穩(wěn)定性和安全性重要指標之一,助力轉(zhuǎn)向,顧名思義,是協(xié)助駕駛員作汽車方向調(diào)節(jié),為駕駛員減輕打方向盤用力強度,減少了駕駛員工作量,對減輕疲勞駕駛有很大協(xié)助。本論文一方面簡介了老式汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程,以及老式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理,并在此基本上提出了本論文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(xué)模型,在以單片機為主控芯片基本上,設(shè)計了電子控制單元,依照各個傳感器收集到信號反饋,來達到精確控制電液比例閥,從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。論文在最后章節(jié)中設(shè)計了實驗測試,檢查單片機對各個電子系統(tǒng)控制效果。測試成果表白,各個電子單元可以正常運營,可以滿足實現(xiàn)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要。核心詞:\o"汽車"汽車,單片機,助力轉(zhuǎn)向,\o"駕駛員"駕駛員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目錄第1章汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 1§1.1汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類 1§1.2汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展過程 2§1.2.1老式機械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3§1.2.2老式液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 4第2章液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理分析 6§2.1液壓控制閥構(gòu)造簡介 6§2.2汽車直線行駛時液壓控制閥狀態(tài) 8§2.3汽車左轉(zhuǎn)向時液壓控制閥狀態(tài) 9§2.4汽車右轉(zhuǎn)向時液壓控制閥狀態(tài) 10第3章汽車液壓式ESP控制系統(tǒng)設(shè)計 12§3.1液壓式ESP系統(tǒng)工作原理 12§3.2液壓式ESP轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 13§3.3重要元器件簡介 15§3.3.1單片機 15§3.3.2轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成 18§3.4單片機控制系統(tǒng) 20§3.4.1單片機信號采集系統(tǒng) 20§3.4.2單片機控制系統(tǒng)電路 21§3.5控制器設(shè)計 23§3.5.1控制方略簡介 23§3.5.2PID算法 24第4章汽車液壓式ESP控制系統(tǒng)模仿實驗 26§4.1液壓式模仿實驗臺工作原理 26§4.2液壓式模仿實驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計 26§4.2.1實驗臺測控系統(tǒng)模仿測試 26§4.2.2實驗臺測控單元功能 27§4.3程序編寫 28§4.4傳感器 28§4.4.1光電車速傳感器 28§4.4.2光電車速傳感器技術(shù)指標 29§4.4.3光電車速傳感器技術(shù)性能 30§4.4.4光電車速傳感器模仿 30§4.5測試成果 33結(jié)束語 35參照文獻 36致謝 38附錄1 39附錄2 41汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介§1.1汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類汽車轉(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。汽車轉(zhuǎn)向性能是汽車重要性能之一,它直接影響到汽車操作穩(wěn)定性,對于保證車輛安全行駛、減少交通事故以及保護駕駛員人生安全、變化駕駛員工作條件起著重要作用。為了提高轉(zhuǎn)向性能,當前普遍采用了助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是最早采用助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)形式,電子技術(shù)、電氣技術(shù)及新控制方略應(yīng)用使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生了革命性變化,助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由老式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HydraulicPowerSteering,簡稱HPS)向電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectronicallyControlledHydraulicPowerSteeringSystem,簡稱ECHPS)、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electro-HydraulicPowerSteering,簡稱EI-IPS)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricPowerSteering,簡稱EPS)發(fā)展。電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(簡稱EPS.ElectronicControlPowerSteering),依照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)是在老式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本上增設(shè)了控制液體流量電液比例閥、車速傳感器和電子控制單元等,電子控制單元依照檢測到車速信號,控制電液比例閥,使轉(zhuǎn)向動力放大倍率實現(xiàn)持續(xù)可調(diào),從而滿足高、低速時轉(zhuǎn)向助力規(guī)定。它具備如下長處:(1)設(shè)計新穎,構(gòu)造緊湊。安裝占據(jù)體積小,質(zhì)量輕,通過設(shè)立不同程序與不同車型匹配,大大縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。(2)穩(wěn)定性好。通過軟件控制,本系統(tǒng)增大汽車低速行駛時轉(zhuǎn)向操縱力,提高汽車高速行駛時轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性,提高汽車積極安全性,能通過電子控制器設(shè)立不同轉(zhuǎn)向回力特性來滿足不同使用對象需求。(3)高抗干擾性能。對汽車行駛時測向力和側(cè)風(fēng)帶來影響有較好校正作用。(4)提高了轉(zhuǎn)向操縱力。克服了液壓助力系統(tǒng)傳動比不可調(diào)缺陷。同步,由于運用了慣性減震器來減少車輪反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振,因而提高了轉(zhuǎn)向盤跟隨性能。(5)轉(zhuǎn)向回正性好??梢猿浞职l(fā)揮軟件編程優(yōu)勢,依照不同車速和不同車況,控制電液比例閥提供不同流量特性和與車輛動態(tài)性能相匹配轉(zhuǎn)向回正性。當前,國內(nèi)僅有為數(shù)不多院校和公司正在開展汽車液壓式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究,研究工作并不進一步,未開發(fā)出成熟產(chǎn)品而嚴重受制于國外公司壟斷,因而,研究和開發(fā)滿足各種車型需求新型汽車液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),彌補國內(nèi)該類產(chǎn)品空白,形成產(chǎn)品規(guī)模化、系列化,建立面向高新技術(shù)領(lǐng)域汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)基地,已是亟待發(fā)展急迫任務(wù)。開展本項目研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,將達到如下目:(1)研究開發(fā)面向重型車型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,構(gòu)造緊湊,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)良動態(tài)品質(zhì)。(2)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)計極大提高了新型汽車液壓式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操作輕便性和駕駛穩(wěn)定性,保證安全可靠。(3)創(chuàng)立具備較大規(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,具備活躍技術(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)研制和產(chǎn)業(yè)化,將有如下重要意義:(1)提供高性能具備自主知識產(chǎn)權(quán)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,在提高綜合國力和科技水平方面做出貢獻。(2)項目完畢后,將為國內(nèi)高精度、高性能汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化打下良好基本,初步建立起產(chǎn)業(yè)化中心,以產(chǎn)生強大市場競爭力。(3)該項目研制與開發(fā)對滿足駕駛安全以及社會需求,將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益和社會效益?!?.2汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展過程汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于變化或保持汽車行駛方向?qū)iT機構(gòu),其作用是使汽車能在行駛過程中按照駕駛員操縱規(guī)定而適時地變化其行駛方向,在受到路面?zhèn)鱽頉_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,因而,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能直接影響著汽車操縱穩(wěn)定性和安全性?!?.2.1老式機械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員體力作為轉(zhuǎn)向動力,所有傳遞動力部件都是機械,沒有輔助動力源。機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三某些構(gòu)成如圖1-1所示。圖1-1機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)就是駕駛員操縱轉(zhuǎn)向器工作機構(gòu),涉及從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向器輸入端零部件等。操縱汽車轉(zhuǎn)向時,駕駛員對轉(zhuǎn)向盤操縱力是非常有限,因而需要借助增力裝置來使轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而轉(zhuǎn)向器就是把轉(zhuǎn)向盤傳來轉(zhuǎn)矩按一定傳動比進行放大并輸出。轉(zhuǎn)向器(也常稱為轉(zhuǎn)向機)是完畢由旋轉(zhuǎn)運動到直線運動(或近似直線運動)一組齒輪機構(gòu),同步也是轉(zhuǎn)向系中減速傳動裝置。當前較慣用有齒輪齒條式、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。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)是把轉(zhuǎn)向器運動傳給轉(zhuǎn)向車輪機構(gòu),涉及從搖臂到轉(zhuǎn)向車輪零部件。整個機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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)上轉(zhuǎn)向節(jié)臂,使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn);與此同步,經(jīng)梯形轉(zhuǎn)向機構(gòu)帶動另一側(cè)轉(zhuǎn)向車輪同步發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而變化汽車行駛方向。依照機械式轉(zhuǎn)向器形式不同,可以將其分為:齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。應(yīng)用最廣泛重要是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大轉(zhuǎn)向力時)。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,操作以便且使用壽命長,并且承載能力強,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,構(gòu)造緊湊重量輕,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,因而具備對路面狀態(tài)反映敏捷長處,但同步也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象,且其承載能力相對較弱,故重要應(yīng)用于小汽車及輕型貨車上,當前國內(nèi)大某些轎車上采用就是齒輪齒條式機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。§1.2.2老式液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向于20世紀30年代一方面應(yīng)用在重型車輛上。由于當時汽車裝載質(zhì)量和整備質(zhì)量增長,在轉(zhuǎn)向過程中需要克服前輪轉(zhuǎn)向阻力矩也將相應(yīng)增長,作用在轉(zhuǎn)向盤上轉(zhuǎn)向力也隨著增長,使駕駛員感到“轉(zhuǎn)向沉重"。當前軸負荷增長到某一數(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,提高車輛機動性,最有效辦法就是在汽車轉(zhuǎn)向系中加裝轉(zhuǎn)向助力裝置,借助于汽車發(fā)動機動力驅(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)除了老式機械轉(zhuǎn)向器以外,尚需增長控制閥、動力缸、油泵、油罐和管路等。而轎車對動力轉(zhuǎn)向規(guī)定與重型車輛不完全相似。例如重型車輛對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲規(guī)定較低,轎車則對噪聲規(guī)定很高,轎車還規(guī)定選用轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)構(gòu)造要更簡樸、尺寸更小、成本更低等。但是重型車輛動力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展無疑為轎車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)奠定了基本。老式液壓助力轉(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。當前在轎車上液壓助力轉(zhuǎn)向采用是轉(zhuǎn)閥式控制閥。在轎車上裝備液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下長處:1.減輕駕駛員疲勞強度。動力轉(zhuǎn)向可以減小駕駛員轉(zhuǎn)向操縱力,提高轉(zhuǎn)向輕便性。2.提高轉(zhuǎn)向敏捷度。可以比較自由地依照操縱穩(wěn)定性規(guī)定選取轉(zhuǎn)向器傳動比,不會受到轉(zhuǎn)向力制約。容許轉(zhuǎn)向車輪承受更大負荷,不會引起轉(zhuǎn)向沉重問題。3.衰減道路沖擊,提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)阻尼作用可以衰減道路不平度對轉(zhuǎn)向盤沖擊。同步液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有局限性:1.選定參數(shù)完畢設(shè)計之后,助力特性就擬定了,不能再進行調(diào)節(jié)與控制,因而協(xié)調(diào)輕便性與路感關(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。2.雖然在不轉(zhuǎn)向時,油泵也始終運轉(zhuǎn),增長了能量消耗。3.存在滲油與維護問題,提高了保修成本,且泄漏液壓油會對環(huán)境導(dǎo)致污染。圖1-2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理分析§2.1液壓控制閥構(gòu)造簡介回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向控制閥安裝在轉(zhuǎn)向器上端,如下圖2-1所示,控制閥重要機件與齒輪輸出軸10同軸,輸入軸2上端通過花鍵與轉(zhuǎn)向中間軸下“十’’字軸萬向節(jié)軸相連??刂崎y進油口18通過管路與轉(zhuǎn)向油泵出油口相連,出油口19在圖2-1中,控制閥閥體7滑裝在殼體21上部孔中,在其外圓柱面上有3道較寬深環(huán)槽和4道較淺窄環(huán)槽。寬深環(huán)槽是環(huán)形油槽,其底部均開有均勻4個油孔,中間環(huán)形油槽與進油口18連通,其底部4個油孔較大,是進油通道。兩側(cè)V-環(huán)形油槽底部也有均布4個直徑較小油孔,是出油通道,左側(cè)V-環(huán)形油槽通過殼體內(nèi)設(shè)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)油道16與動力缸右腔室相通,淺窄環(huán)槽是用于安裝密封圈組件,4個密封圈組件14分別裝在4個環(huán)槽中,從而將3個寬深環(huán)形油槽分隔開來。閥體內(nèi)表面制有8條與兩端不慣通縱向切槽,如圖2-2,從而形成分別相間分布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間隙通道。在閥體下部7裝有鎖銷8,它與斜齒輪輸出軸10相卡,7和10不能互相轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)閥(與輸出軸一體)2外圓柱面與閥體7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,它外圓柱面上開有與閥體內(nèi)孔表面上相應(yīng)8條不貫通縱槽,并形成8道槽肩(如圖2—1)。轉(zhuǎn)閥與閥體配合后縱槽肩相對可形成油液流通間隙通道。在轉(zhuǎn)閥24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與扭桿之間有很大間隙,用以流通回油軸油。輸入軸2,扭桿1和鎖定銷3構(gòu)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“十"字軸萬向節(jié)相連。扭桿1具備較好扭轉(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。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.殼體圖2-1轉(zhuǎn)向器構(gòu)造圖圖2-2轉(zhuǎn)向控制閥閥體與轉(zhuǎn)閥斷面構(gòu)造及相對位置鎖緊螺母20擰在轉(zhuǎn)向器殼體底部螺紋底座孔中,輸入軸組件上部通過深溝球軸承15支撐在殼體中心孔內(nèi),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。§2.2汽車直線行駛時液壓控制閥狀態(tài)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.殼體圖2-3汽車直線行駛時轉(zhuǎn)閥位置及油流狀態(tài)當汽車直線行駛時,駕駛員未轉(zhuǎn)動方向盤,此時轉(zhuǎn)閥+處在如圖2-3所示中間位置。來自轉(zhuǎn)向油泵出油口高壓油從轉(zhuǎn)向器進油口進入到閥體和轉(zhuǎn)閥之間。由于轉(zhuǎn)閥處在中間位置,因此油液就分別通過閥體和轉(zhuǎn)閥縱槽,槽肩形成間隙流入閥體內(nèi)表面兩側(cè)縱槽中,然后通過其槽底油孔進入閥體外圓柱面下油環(huán)槽(圖中即左槽)和上油環(huán)槽(左槽)。下油環(huán)槽油液通過殼體中油道16與轉(zhuǎn)向動力缸左腔室相通,上有環(huán)槽油液通過殼體中油道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)生軸向移動力,因此齒條一活塞也處在中間位置,轉(zhuǎn)向助力器不起作用。流入到閥體內(nèi)表面縱槽中油液又通過閥體,轉(zhuǎn)閥槽肩之間形成間隙,流入轉(zhuǎn)閥縱槽底面油口中,再流入轉(zhuǎn)閥2與扭桿1之間空隙,最后經(jīng)轉(zhuǎn)閥上部通孔流入殼體上油口19,流回轉(zhuǎn)向油泵儲油罐,從而形成常流式油液循?!?.3汽車左轉(zhuǎn)向時液壓控制閥狀態(tài)汽車左轉(zhuǎn)向時,駕駛員向左轉(zhuǎn)動方由于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪有一定轉(zhuǎn)向阻力,起初轉(zhuǎn)動方向盤力矩局限性以克服轉(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)過一種角度。轉(zhuǎn)閥逆時針轉(zhuǎn)過一種角度后,幾乎關(guān)閉了通向動力缸向盤,輸入軸2在轉(zhuǎn)向中間軸驅(qū)動下有逆時針方向轉(zhuǎn)動趨勢(圖2-4)。輸入軸2即轉(zhuǎn)閥有同步轉(zhuǎn)動趨勢;另一方面,輸入軸2通過鎖定銷3帶動扭桿1上端有同步轉(zhuǎn)動趨勢,但扭桿底部和輸出軸10,閥心7,鎖定銷8相連,則輸出軸10,閥心7,鎖定銷8,有同步轉(zhuǎn)動趨勢,右腔室通道17,開大了通向動力缸左腔室油液通道16,這樣就使轉(zhuǎn)向油泵壓力油經(jīng)閥體中間環(huán)槽,油孔,轉(zhuǎn)閥縱槽,油孔進入閥體下油環(huán)槽(即左槽),然后經(jīng)殼體中油道16進入動力缸左腔室,左腔室中油液壓力上升,與此同步,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)閥回油孔之間通道,這樣動力缸右腔室油液經(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)閥與扭桿間隙,油孔,與殼體上回油口19連通,動力缸右腔室油液壓力下降。在動力缸左,右腔油液壓差作用下,產(chǎn)生了使齒輪-活塞向左移動作用力,這個作用力與轉(zhuǎn)向時通過輸入軸2-扭桿1和斜齒輪輸出軸10-齒條-活塞上轉(zhuǎn)向力是相似,因而起到了明顯得助力效果。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也許及時停止轉(zhuǎn)動,從而使之同步轉(zhuǎn)動閥體仍將逆時針轉(zhuǎn)動。閥體相對轉(zhuǎn)閥逆時針轉(zhuǎn)動后,使轉(zhuǎn)閥與閥體間相對位置又回到了如圖2-2所示狀態(tài),動力缸左,右腔中油液壓力又重新恢復(fù)相似,那么轉(zhuǎn)向助力作用也隨之消失,轉(zhuǎn)向輪保持在與方向盤轉(zhuǎn)角成比例轉(zhuǎn)向位置,這種作用就是隨動作用。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.殼體圖2-4汽車左轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)閥位置及油流狀態(tài)§2.4汽車右轉(zhuǎn)向時液壓控制閥狀態(tài)汽車右轉(zhuǎn)向時,動力轉(zhuǎn)向控制閥工作與左轉(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,在這種狀況下,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,因此其助理作用方向也與左轉(zhuǎn)向時相反。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.殼體圖2-5汽車右轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)閥位置及油流狀態(tài)第3章汽車液壓式ESP控制系統(tǒng)設(shè)計§3.1液壓式ESP系統(tǒng)工作原理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。圖3-1流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖汽車液壓式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)重要由車速傳感器、電液比例閥、整體式動力轉(zhuǎn)向控制閥、動力轉(zhuǎn)向油泵和電子控制單元等構(gòu)成。電液比例閥安裝在通向轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩側(cè)油室油道之間,當電液比例閥閥芯完全啟動時,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)就是依照車速傳感器信號,控制電液比例閥閥芯啟動限度,從而控制轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩側(cè)油室旁路液壓油流量,來變化轉(zhuǎn)向盤上轉(zhuǎn)向力。車速越高,流過電液比例閥電磁線圈平均電流值越大,電液比例閥閥芯啟動限度越大,旁路液壓油流量越大,流入動力缸流量越小,使轉(zhuǎn)向盤敏捷度下降,這就是流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理。電液比例閥自己是不具備智能化,于是咱們采用電子控制單元(單片機系統(tǒng))采集車速信號,經(jīng)計算后決定提供助力大小,以控制電液比例閥線圈電流大小,實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力可調(diào)。§3.2液壓式ESP轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在第2章中非常詳細地分析了汽車液壓助力系統(tǒng)工作原理。當前,在原有液壓系統(tǒng)并聯(lián)一種電液比例閥后狀況。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)定工作狀況,寫出液壓式電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。液壓泵總流量Q0,電液比例閥流量Qd,別的參數(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。Q0=Qd+Qs(3-1)Qs=Q4+Q3(3-2)圖3-2流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效模型圖(3-5)(3-4)(3-3)由初始工況可知:(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)如果只考慮QS(s)與QL(s)關(guān)系,則上式可簡化為由式和式可得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)之間關(guān)系,但是M值很難擬定下來,由于它與P1,P2,Ps,閥口轉(zhuǎn)角等因素關(guān)于,可以把它看作一種常數(shù)(此值可正可負,也可為0,不好擬定下來),這是由于一旦與之有關(guān)因素擬定下來,它也就擬定了。其中A為電液比例閥開口面積。由上式可知,流向轉(zhuǎn)閥地流量和電液比例閥開口成反比??刂崎y選用力士樂公司型號為4WRAE6EI-15-2X比例方向閥,其使用參數(shù)如下:最高壓力315bar,最大流量42L/min,帶有內(nèi)置放大器;通徑6mm;電源24vDC;控制輸入電壓±10v;滯環(huán)<5%;反向誤差<1%;敏捷度<1%;頻率響應(yīng)l0Hz:此閥壓差為l0bar時額定流量為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。假設(shè):閥芯最大位移為3mm;閥壓降為6MPa時流量系數(shù)Cd=0.7。依照該閥有關(guān)資料,可以算出:節(jié)流槽額定通流面積A=7.5762mm2閥芯位移死區(qū)0最大有效閥芯位移2.4mm死區(qū)電壓為2V閥芯運動時間常數(shù)11ms代入W2L2=5.2227后,當A=7.5762時,Qs=0.49Qo?!?.3重要元器件簡介電子控制單元由單片機采集子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)構(gòu)成,當前先簡介用到幾種電子元件?!?.3.1單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)低電壓,高性能CMOS8位微解決器,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,ATMELAT89C51是一種高效微控制器,AT89C單片機為諸多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉方案。1.重要特性:與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃式存儲器壽命:1000寫/擦循環(huán)數(shù),據(jù)保存時間:全靜態(tài)工作:0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定期器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2.管腳闡明:VCC:供電電壓。GND:接地。P0口:P0口為一種8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸取8TTL門電流。當P0口管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0可以用于外部程序數(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外部必要被拉高。圖3-3AT89C51管腳圖P1口:P1口是一種內(nèi)部提供上拉電阻8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接受輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,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)部上拉緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接受。P2口:P2口為一種內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接受,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。并因而作為輸入時,P2口管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址高八位。在給出地址“1”時,它運用內(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內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接受高八位地址信號和控制信號。P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻雙向I/O口,可接受輸出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,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉緣故。P3口也可作為AT89C51某些特殊功能口,如下表所示:各管腳備選功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INT0(外部中斷0)P3.3/INT1(外部中斷1)P3.4T0(記時器0外部輸入)P3.5T1(記時器1外部輸入)P3.6/WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7/RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3口同步為閃爍編程和編程校驗接受某些控制信號。RST:復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機器周期高電平時間。ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存容許輸出電平用于鎖存地址地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率1/6。因而它可用作對外部輸出脈沖或用于定期目。然而要注意是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一種ALE脈沖。如想禁止ALE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。此外,該引腳被略微拉高。如果微解決器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。/PSEN:外部程序存儲器選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效/PSEN信號將不浮現(xiàn)。/EA/VPP:當/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH),不論與否有內(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)。XTAL1:反向振蕩放大器輸入及內(nèi)部時鐘工作電路輸入。XTAL2:來自反向振蕩器輸出?!?.3.2DAC0832是8辨別率D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微解決器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡樸、轉(zhuǎn)換控制容易等長處,在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、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。圖3-4DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器邏擇框圖和引腳排列DAC0832重要特性參數(shù)如下:*辨別率為8位;*電流穩(wěn)定期間1us;*可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入;*只需在滿量程下調(diào)節(jié)其線性度;*單一電源供電(+5V~+15V);*低功耗,20mW;DAC0832各引腳功能定義如下:*D0~D7:8位數(shù)據(jù)輸入線,TTL電平,有效時間應(yīng)不不大于90ns(否則鎖存器數(shù)據(jù)會出錯);*ILE:數(shù)據(jù)鎖存容許控制信號輸入線,高電平有效;*CS:片選信號輸入線(選通數(shù)據(jù)鎖存器),低電平有效;*WR1:數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線,負脈沖(脈寬應(yīng)不不大于500ns)有效。由ILE、CS、WR1邏輯組合產(chǎn)生LE1,當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負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存;*XFER:數(shù)據(jù)傳播控制信號輸入線,低電平有效,負脈沖(脈寬應(yīng)不不大于500ns)有效;*WR2:DAC寄存器選通輸入線,負脈沖(脈寬應(yīng)不不大于500ns)有效。由WR2、XFER邏輯組合產(chǎn)生LE2,當LE2為高電平時,DAC寄存器輸出隨寄存器輸入而變化,LE2負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。*IOUT1:電流輸出端1,其值隨DAC寄存器內(nèi)容線性變化;*IOUT2:電流輸出端2,其值與IOUT1值之和為一常數(shù);*Rfb:反饋信號輸入線,變化Rfb端外接電阻值可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換滿量程精度;*Vcc:電源輸入端,Vcc范疇為+5V~+15V;*VREF:基準電壓輸入線,VREF范疇為-10V~+10V;*AGND:模仿信號地;*DGND:數(shù)字信號地;§3.3.低輸入偏置電流:30pA低輸入失調(diào)電流:3pA高輸入阻抗:10120hms低輸入噪聲電流:0.01pA/(Hz)l/2高共模抑制比:l00dB大直流電壓增益:106dB§3.4單片機控制系統(tǒng)電子控制單元由單片機采集子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)構(gòu)成,它們共用一種單片機系統(tǒng)。如下做進一步分析?!?.4.1在本單片機系統(tǒng)中,單片機P2.7與P3.7與非后連接ADC0809OE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模仿通道0~7地址為7FF8H,7FFFH,P0口連接數(shù)據(jù)口,ADC0809IN0采集車速信號。圖3-5單片機采集系統(tǒng)電路圖§3.4.2在本單片機系統(tǒng)中,0~FFH相應(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P2.6控制DAC0832片號給選端,低電平有效,P0八個端口輸出數(shù)據(jù)到DAC0832,DAC083211、12端口送信第一種LF356,再有它傳給另一種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電控器。單片機控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖如圖3-7所示。圖3-8為單片機采集與控制系統(tǒng)程序流程圖,源代碼參看附錄2。圖3-6單片機控制系統(tǒng)電路圖圖3-7單片機控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖圖3-8單片機采集與控制系統(tǒng)程序流程圖§3.5控制器設(shè)計§3.5.1控制PID控制是最早發(fā)展起來控制方略之一,由于其算法簡樸、魯棒性好、可靠性高,各個控制器參數(shù)有著明顯物理意義,調(diào)節(jié)以便,因此被廣泛應(yīng)用于機電、冶金、機械、化工等行業(yè)實際生產(chǎn)過程中。在實際過程控制與運動控制系統(tǒng)中,PID家族占有相本地位,據(jù)記錄,工業(yè)控制控制器中PID類控制器占有90%以上。PID控制將偏差比例(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算法可分模仿(持續(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)字計算機代替模仿計算機調(diào)節(jié)器構(gòu)成計算機控制系統(tǒng),不但可以用軟件實現(xiàn)PID控制算法,并且可以運用計算機邏輯功能,使PID控制更加靈活,因而當前生產(chǎn)過程中應(yīng)用PID控制算法重要為數(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。在本課題中,應(yīng)用PID算法,依照車速信號0—5V來擬定控制電壓Uj,我運用分段辦法,詳細可參看附錄2中關(guān)于內(nèi)容。為輸入量計算出控制電壓Uj,反饋量為上一次計算出控制電壓Uj-1。應(yīng)用此算法重要目是:控制電壓平穩(wěn)變化,不產(chǎn)生突變?!?.5.1.抱負微分PID控制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:圖3-9模仿PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)框圖(3-10)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,因此簡稱為P(比例)、I(積分)、D(微分)調(diào)節(jié)器。(3-11)設(shè)系統(tǒng)誤差為e(t),則模仿PID控制規(guī)律為(3-11)式中,Kp為比例系數(shù),Ti為積分時間常數(shù),Td為微分時間常數(shù)。2.PID模仿控制器離散化(3-12)用矩形法來計算數(shù)值積分:(3-12)(3-13)用后向差分來代替微分:(3-13)(3-14)則離散化PID控制規(guī)律是:(3-14)式中,T為采樣周期,u。為控制初始值。上式表達控制算法提供了執(zhí)行機構(gòu)位置,因此稱為PID位置控制算法。汽車液壓式ESP控制系統(tǒng)模仿實驗§4.1液壓式模仿實驗臺工作原理本課題依照疲勞荷載特點設(shè)計了疲勞荷載加載模仿實驗臺,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缸徑D=50mm,活塞桿直徑為d=28mm,活塞工作面積Ap=1347mm2。由于比例方向閥壓降、泄漏和回油路上背壓等因素,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:6.75kN瞄引。模仿實驗臺液壓原理圖如圖4-1所示,電液比例方向閥4模仿轉(zhuǎn)閥,電液比例方向閥3即為并聯(lián)在原液壓系統(tǒng)電液比例方向閥。1.油箱2.單作用葉片泵3.電液比例方向閥a4.電液比例方向閥b5、6.截止閥7、8.壓力傳感器9.位移傳感器10.液壓缸ll溢流閥圖4-1模仿實驗臺液壓原理圖§4.2液壓式模仿實驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計§4.2.1圖4-2模仿實驗臺測控原理圖本課題設(shè)計了測控單元,涉及工控機,數(shù)據(jù)采集卡,傳感器和電液比例方向閥,電子控制單元。其構(gòu)造構(gòu)成如圖4-2所示?!?.2.21.工控機本測控系統(tǒng)采用研華工控機,基本配備為:P42.4GCPU,內(nèi)存256M,40G高速硬盤,2.傳感器它是用來將非電物理量轉(zhuǎn)化為電信號裝置,是測試和控制重要元件。使用傳感器一方面擬定傳感器種類和型號。本測控系統(tǒng)需要測量壓力和活塞位移信號,因而需要壓力和位移傳感器。壓力傳感器用來測量電液比例方向閥兩個控制口壓力。本系統(tǒng)采用廣州粵茂電子科技有限公司生產(chǎn)YP4000系列壓力傳感器,它是依照電阻絲阻值隨其應(yīng)變而變化原理制成。傳感器參數(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。位移傳感器用于測量活塞位移。本系統(tǒng)采用遼寧阜新祥銳公司差動變壓器式位移傳感器(LVDT)。傳感器參數(shù)是:量程±100mm,0.3級以上精度,電源為±15VDC,輸出±10VDC。3.抗干擾辦法在測控系統(tǒng)中,除了待測信號外,會有諸多隨機信號對測量系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。干擾信號重要有電源、電磁以及信號傳播通道干擾等。例如電動機等設(shè)備,產(chǎn)生電磁波會導(dǎo)致測試系統(tǒng)浮現(xiàn)電干擾,信號線與控制線傳遞信號失真,為了可以精確地進行信號測量,必要要考慮設(shè)計測控系統(tǒng)抗干擾辦法。依照本系統(tǒng)實際狀況,采用抗干擾辦法重要有二點:(1)接地設(shè)計測試裝置中地線是所有電路公共零電平參照點,理論上地線電平應(yīng)相似,因各點之間必要用導(dǎo)線連接,因此當一根導(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,這將影響電路輸入和輸出。為克服這一影響,把數(shù)字地和模仿地分開接,最后在一點接地;或者用小電阻地線,減小接地電位差。(2)采用屏蔽設(shè)計由于測量系統(tǒng)中需要采集各種信號源,因此信號通過電線(信號通道)傳遞時會產(chǎn)生噪聲干擾、長線傳播干擾等。因此系統(tǒng)采用了屏蔽線等辦法來消除信號干擾。4.數(shù)據(jù)采集卡采用研華公司PCL818L數(shù)據(jù)采集卡,用于壓力信號、位移信號采集。5.DA卡控制量輸出需要DA卡來轉(zhuǎn)換,這里采用研華公司PCL726卡?!?.3程序編寫本實驗臺控制軟件采用圖形化編程語言LabVIEW編寫瞄馴。虛擬儀器浮現(xiàn),引領(lǐng)著測試測量領(lǐng)域發(fā)展和進步。作為虛擬儀器軟件核心,LabVIEW可以協(xié)助工程師迅速高效地創(chuàng)立靈活、功能易于擴展、可升級測試、測量和控制應(yīng)用程序瞄叫。使用LabVIEW,工程師可以很輕松連接測量硬件和采集實際信號,并對其進行強大分析得出有用信息,然后將測量成果直觀進行顯示。無論與否有有關(guān)編程經(jīng)驗,使用LabVIEW,都可以以便快捷地開發(fā)測量程序,進而大大縮短測試系統(tǒng)開發(fā)周期和開發(fā)成本?!?.4傳感器§4.4.1NCT-1光電車速傳感器是為汽車行駛性能實驗設(shè)計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。它采用光電空間有關(guān)濾波技術(shù),把路面圖象變換為與車速成正比頻率信號,供應(yīng)二次儀表或計算機進行數(shù)據(jù)采集解決顯示。傳感器拍攝路面圖象需要足夠亮度,因此傳感器座裝有照明燈。光電車速傳感器輸出信號是不規(guī)則小信號,必要通過跟蹤濾波器變?yōu)榕c車速成正比基波信號并轉(zhuǎn)換為二次儀表或計算機可以接受TTL電平脈沖信號。為了以便傳感器安裝在車上,配套設(shè)計制造了一套帶真空吸盤安裝支架。使用真空吸盤可以以便地吸牢在被測車輛平整表面上,只要不漏氣,吸盤吸附力不不大于100Kg§4.4.21、速度量程:1-2、精度:±0.5%(距離≥100m)3、光電頭安裝高度:500mm+100mm4、脈沖當量:約4mm/脈沖5、輸出信號:1L6、跟蹤帶寬:50Hz-20KHz7、跟蹤速率:≥198、白線信號輸出:正脈沖,TTL電平9、速度模仿信號:0-5V/0-200Km/h10、傳感器及濾波器電源:5-12VDC,約3W11、照明燈電源:12V,55W12、重量:光電傳感器(含照明燈)2.5Kg,跟蹤濾波器0.6Kg圈泣:1電氣接頭2車速傳疼器3轉(zhuǎn)子(脈沖轉(zhuǎn))4磁性拾波器圖4-3車速傳感器總成§4.4.3光電車速傳感器和跟蹤濾波器重要功能是安裝在被測車輛上,輸出與速度成正比數(shù)字脈沖信號,脈沖當量約4mm/脈沖。本產(chǎn)品依照顧客規(guī)定,可以選裝速度模仿電壓信號,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§4.4.4NCT-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%。咱們可以運用單片機系統(tǒng)模仿這個0-5V直流電壓信號,節(jié)約資金。這個單片機系統(tǒng)由AT89C51單片機、DAC0832圖4-4車速傳感器模仿電子電路圖汽車加速能力是指汽車在行駛中迅速增長行駛速度能力。從啟動到加速至最高速度(0-5V、0-200Km/h)需要時間。這直接決定鋸齒波延時程序編制。依照網(wǎng)上資料查,寶馬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,在單片機系統(tǒng)中,0-FFH相應(yīng)0-5v,0-FFH變化率為0.046875秒,因此延時程序中i=5875。在下圖電路中,單片機P2.6控制DAC0832片選端,低電平有效,P0八個端口輸出數(shù)據(jù)到DAC0832,DAC083211、12端口送信號給第一種LF356,再有它傳給另一種Lb356,經(jīng)反相比例(1:1)后,Uv如下為本模仿系統(tǒng)電路原理圖和源程序流程圖,源程序參看附錄1。圖4-5車速傳感器模仿電子系統(tǒng)程序流程圖圖4-6車速傳感器模仿電子系統(tǒng)構(gòu)造框圖通過電路測試后,本系統(tǒng)可以實現(xiàn)設(shè)計規(guī)定在下一節(jié)中,就會看到本模仿電子系統(tǒng)實際成果?!?.5測試成果圖4-7車速傳感器模仿電子電路實測電壓輸出圖圖4-8電子控制單元實測電壓輸出圖圖4-9DA卡控制電壓輸出圖圖4-10液壓缸伸出桿位移a圖4-11液壓缸伸出桿位移b運用已搭建好實驗平臺,完畢了本課題實驗。圖4-7為車速傳感器模仿電子電路實測電壓輸出Uv,由于在采集中有一定干擾,浮現(xiàn)了某些變形。圖4-8為電子控制單元實測電壓輸出Ud,控制電液比例閥3。圖4-9為DA卡控制電壓輸出,此電壓控制電液比例閥4,是一種正弦信號,幅值正負5v,周期30s。圖4-10,圖4-11均為液壓缸伸出桿位移,但是圖4-10是在控制電液比例閥3為不工作狀況下測得數(shù)據(jù),圖4-11是在控制電液比例閥3為工作狀況下測得數(shù)據(jù),從兩幅圖中可以看到,圖4-11中位移坐標大小比圖4-10小了一半,這是由于在設(shè)計時,電液比例閥3作用就是將主油路流量旁路一某些,最大值為其一半,由實驗成果知,本設(shè)計方案可以滿足設(shè)計規(guī)定,基本可行。結(jié)束語論文一方面簡介了汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,并詳細分析了老式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理。在此基本上應(yīng)用了控制流量式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案,即在老式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本上增設(shè)了控制液體流量電液比例閥、車速傳感器和電子控制單元等,電子控制單元依照檢測到車速信號,控制電液比例閥,使轉(zhuǎn)向動力放大倍率實現(xiàn)持續(xù)可調(diào),從而滿足高、低時轉(zhuǎn)向助力規(guī)定。為了實現(xiàn)此方案,本文建立了流量控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,設(shè)計了以51單片機為核心電子控制單元,采集車速信號,計算輸出電壓信號,由此控制電液比例閥,實現(xiàn)控制規(guī)定。論文最后某些設(shè)計了實驗平臺,檢查電子控制單元控制效果,并優(yōu)化PID參數(shù)。實驗成果表白,電子單元可以正常工作,可以滿足本液壓系統(tǒng)控制性能需要。參照文獻[1]畢大寧.汽車轉(zhuǎn)閥式動力轉(zhuǎn)向器設(shè)計與應(yīng)用.北京:人民交通出版社,1998[2]李松和.轉(zhuǎn)閥式動力轉(zhuǎn)向器構(gòu)造原理及使用維護.汽車技術(shù).1998(6):[3]張鋒,畢大寧,轉(zhuǎn)閥式動力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥刃口計算與分析.汽車研究與開發(fā).1994(5):40~45[4]王曉力.轉(zhuǎn)向控制閥特性分析.汽車技術(shù).1990(8):11~17[5]JoelE.birsching.TwoDimensionalModelingofaRotaryPoweringSteeringValve.SAE,1997[6]AlyBadawy,JeffZuraski,F(xiàn)arhadBolourchiandAshokChandy.ModelingandAnalysisofanElectricPowerSteeringSystem.SAE,1999[6]譚浩強.C程序設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,[7]MasahikoKurishige,TakayukiKifuku,NoriyukiInoue,SusumuZeniyaandShigekiOtagaki.AControlStrategytoReduceSteeringTorqueforStationaryVehiclesEquippedwithEPS.SAE,1999[8]VladimirV.Kokotovic,JohnGrabowski,Viral^anin,JohnLee.ElectroHydraulicPowerSteeringSystem.SAE,1999[9]王懋瑤.液壓傳動與控制.北京:機械工業(yè)出版社,1986[10]鄭錦聰.MATLA

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