LabVIEW的汽车电动助力转向系统ECU功能检测技术
LabVIEW的汽车电动助力转向系统ECU功能检测技术[20200121210401]
摘要
电动助力转向系统（EPS）的作用是在汽车转向过程中协助驾驶员进行助力转向，其核心是电子控制单元（ECU）。随着科技的发展，ECU的复杂程度日益增加，控制算法和功能也在不断改进，这就使得ECU的工作性能决定着整个电动助力转向系统的控制效果。如果系统核心部位ECU发生故障，那么整个系统也将会出现问题。所以为了确保电动助力转向系统能够稳定、高效的运行，需要在出厂之前，对ECU进行规范而严格的功能检测。
EPS的ECU在工作中需要采集多个传感器信号，并根据控制算法计算和输出助力力矩。对ECU功能检测时，需要模拟其所需工作信号，采集ECU输出，与标准值比对。采用传统的仪表检测方法，难以模拟输入信号，也难以找到合适的测试仪表；采用常用的基于微处理器的测试系统，往往机构复杂，开发周期长，灵活性差。为此，本设计采用虚拟仪器的原理，采用通用计算机，利用LabVIEW为平台，产生所需要的测试输入信号，实现对ECU的检测。
本文以虚拟仪器为基础，利用LabVIEW图形化的编程软件对整个测试系统功能进行模块化设计。根据测试要求，利用CAN通讯传输速率高、通信距离远和实时性强等特点，同时采用串口通信实现对温度的读取和对伺服电机的转动控制。通过上述方法完成对ECU转向和电流等功能检测。对其他类似测试系统的设计具有一定的借鉴价值。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】ECU,LabVIEW,虚拟仪器,CAN总线
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2汽车助力转向系统的发展 1
1.3 ECU测试的目的和方法 2
1.4 论文安排 3
第二章 ECU功能检测系统总体方案 4
2.1 EPS的结构和工作原理 4
2.2 检测系统设计需求 4
2.3 ECU功能检测的方案 5
第三章 系统设计的硬件平台 6
3.1 工控机的选择 6
3.2 NI板卡的选择 6
3.2.1 NI PCI-6514 6
3.2.2 NI PCI-8512 7
3.3 伺服电机的选择 7
3.4 IT6322三路可编程直流电源 8
第四章 系统平台的软件设计 10
4.1 虚拟仪器的介绍 10
4.1.1 虚拟仪器的概述 10
4.1.2 虚拟仪器的软件结构 10
4.1.3 虚拟仪器的特点 10
4.1.4 虚拟仪器与传统仪器的比较 11
4.2 G语言——LabVIEW 12
4.2.1 LabVIEW的概述 12
4.2.2 LabVIEW的构成 12
4.3 系统软件设计模式的选择 13
4.4 软件设计结构 15
4.4.1 软件设计流程图 15
4.4.2 程序设计前面板 16
4.4.3 串口通信 19
4.4.4基于CCP协议的CAN通讯 23
总结与展望 29
参考文献 30
致谢 31
第一章 绪论
1.1课题研究背景
随着汽车的普及化，汽车生产厂商、品牌、型号越来越多，汽车产能超过了需求。据中国汽车协会统计，2013年全年汽车产量是2211.68万辆，同比增长了14.76%。同时，消费者的要求在不断提高，汽车消费市场的竞争非常激烈。一些汽车生产商的做法是在控制成本的基础上增加汽车的功能，将电子技术、自动化、计算机等领域的新技术应用于汽车，将原来应用于中高档车甚至只用于高档车的配置移植到经济型汽车上。实现这种移植，需要解决两个核心问题：在较低的设计、生产成本下如何保证配置的可靠性，如何保证以较快的速度推向市场。因此，设计一套便捷、可靠的检测设备是保证汽车生产质量，提高竞争力的必然要求。
汽车助力转向系统是一种协助汽车驾驶员进行方向调整，节省驾驶员对方向盘的用力强度的系统。从早期的连杆控制装置发展到机械液压动力转向和电子液压助力转向，今天电动助力转向装置（EPS系统）逐步普及。电动助力转向装置利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，最早出现在上世纪四十年代，现在已经有20%左右的汽车开始配备电动助力转向装置。随着技术的不断成熟，成本的逐步降低，预计在不久的将来，EPS在汽车上的应用会快速增长。EPS系统主要由转向轴、电子离合器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成，其中ECU实质是汽车专用微机控制器，通过传感器采集方向盘转角、方向盘转速以及转向力、发动机转速、车速等信息，根据内置的特性曲线图计算助力力矩，输出驱动转向助力电动机工作，是整个汽车助力转向系统的核心。
本课题来源于实际工程项目，根据客户提供的电动助力转向装置产品，设计主要针对ECU 的检测系统，要求检测系统能够模拟ECU工作所需要的输入信号，如汽车方向盘正负转动90度等，能够采集反馈数据同标准数据比较，同时还能够验证ECU上电后的电流波动范围是否在允许范围内，据此判断该产品是否合格。
1.2汽车助力转向系统的发展
一直以来，汽车设计研发的最终目的是为了让汽车能够拥有可靠的性能，行驶更安全，驾驶更舒适。以前的汽车特别是一些大型车，打方向盘必须要使出浑身的力气，假如要是直角拐弯，方向盘更是要打足2圈半，为了减轻驾驶员转弯时对方向盘的用力强度，人们发明各种各样的助力转向装置。
目前汽车上配置的助力转向系统主要有三种：机械式液压助力转向系统、电子液压助力转向系统和电动助力转向系统。
机械式液压助力转向系统主要由液压泵、油路、传动带、压力控制阀、油罐等部件构成。系统工作时，液压泵通过电动机传动带直接驱动，为保持压力，系统始终保持工作状态。由于液压泵的压力较大，很容易对系统造成机械损坏。该系统一般应用在经济型轿车上。
电子液压助力转向系统主要由电动泵、转向传感器、转向机、助力转向控制单元、油罐等部件构成，电子液压助力转向系统规避了机械液压助力转向系统的缺点，它不在依靠发动机来带动液压泵，而是采用由蓄电池提供动力的电动泵。其工作原理主要是控制单元根据汽车行驶的速度，转向角度等信息计算出转向机最理想的转动角度。
电动助力转向系统一般由电动机、减速器、转向器、ECU、蓄电池以及转矩传感器组成。其工作原理是汽车转向时，转矩传感器感应到方向盘力矩和转动方向，再把这些信号传递给ECU，ECU会根据这些信号控制电动机转动，从而产生助力转向。由于电动助力转向系统是靠电子元件控制，运行更稳定，更可靠，省去了转向油泵，油路，传动带等复杂的机械结构，而且电动助力转向系统只有在转向时才工作， 不但节约的能量，而且还减少了废弃排放，保护了环境。
1.3 ECU测试的目的和方法
ECU又称车载电脑，它和普通的电脑一样,根据功能和需要，可由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。它就像是人的大脑，控制着整个汽车系统的运行。它在汽车系统中的应用是汽车发展史上一个重要创新。目前在一些中高级轿车上，ECU遍布于汽车各部分，比如发动机、防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等，它的合格与否决定着汽车能否平稳、安全、舒适的运行。
如今随着电子技术的快速发展，电子元件在汽车上的应用也越来越广泛，过去单纯靠人力机械来完成汽车转向的系统逐渐被由众多传感器等电子元件组成的电动助力转向系统所替代，然而由于电子部件繁多，一旦某一元件损坏，将会影响到整个系统的正常运行。为了保证产品的质量，在产品装配到汽车上之前，必须对每个产品进行严格的检测。对ECU产品的检测的严格程度，在很大程度上决定了ECU产品质量的优劣程度。
汽车电动助力转向系ECU功能检测主要对ECU转向装置以及上电后电流范围的验证。要求对数据进行高精度的采集和处理，对ECU产品质量做出严格检测，并通过直观、简洁的方式呈现出来。
目前常用ECU检测方法主要基于单片机和基于LabVIEW两种。
基于单片机的检测方法主要是开发基于单片机的ECU检测板。其主要工作方式是将C语言编写的检测程序烧录到检测板后，与被测ECU连接，通过CAN通讯执行与检测板对应的检测内容。由于采用单片机检测ECU,往往开发周期长，结构复杂且灵活性差；另一方面是由于采用C语言编程测试程序，出错率较高且难以检查到。
摘要
电动助力转向系统（EPS）的作用是在汽车转向过程中协助驾驶员进行助力转向，其核心是电子控制单元（ECU）。随着科技的发展，ECU的复杂程度日益增加，控制算法和功能也在不断改进，这就使得ECU的工作性能决定着整个电动助力转向系统的控制效果。如果系统核心部位ECU发生故障，那么整个系统也将会出现问题。所以为了确保电动助力转向系统能够稳定、高效的运行，需要在出厂之前，对ECU进行规范而严格的功能检测。
EPS的ECU在工作中需要采集多个传感器信号，并根据控制算法计算和输出助力力矩。对ECU功能检测时，需要模拟其所需工作信号，采集ECU输出，与标准值比对。采用传统的仪表检测方法，难以模拟输入信号，也难以找到合适的测试仪表；采用常用的基于微处理器的测试系统，往往机构复杂，开发周期长，灵活性差。为此，本设计采用虚拟仪器的原理，采用通用计算机，利用LabVIEW为平台，产生所需要的测试输入信号，实现对ECU的检测。
本文以虚拟仪器为基础，利用LabVIEW图形化的编程软件对整个测试系统功能进行模块化设计。根据测试要求，利用CAN通讯传输速率高、通信距离远和实时性强等特点，同时采用串口通信实现对温度的读取和对伺服电机的转动控制。通过上述方法完成对ECU转向和电流等功能检测。对其他类似测试系统的设计具有一定的借鉴价值。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】ECU,LabVIEW,虚拟仪器,CAN总线
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2汽车助力转向系统的发展 1
1.3 ECU测试的目的和方法 2
1.4 论文安排 3
第二章 ECU功能检测系统总体方案 4
2.1 EPS的结构和工作原理 4
2.2 检测系统设计需求 4
2.3 ECU功能检测的方案 5
第三章 系统设计的硬件平台 6
3.1 工控机的选择 6
3.2 NI板卡的选择 6
3.2.1 NI PCI-6514 6
3.2.2 NI PCI-8512 7
3.3 伺服电机的选择 7
3.4 IT6322三路可编程直流电源 8
第四章 系统平台的软件设计 10
4.1 虚拟仪器的介绍 10
4.1.1 虚拟仪器的概述 10
4.1.2 虚拟仪器的软件结构 10
4.1.3 虚拟仪器的特点 10
4.1.4 虚拟仪器与传统仪器的比较 11
4.2 G语言——LabVIEW 12
4.2.1 LabVIEW的概述 12
4.2.2 LabVIEW的构成 12
4.3 系统软件设计模式的选择 13
4.4 软件设计结构 15
4.4.1 软件设计流程图 15
4.4.2 程序设计前面板 16
4.4.3 串口通信 19
4.4.4基于CCP协议的CAN通讯 23
总结与展望 29
参考文献 30
致谢 31
第一章 绪论
1.1课题研究背景
随着汽车的普及化，汽车生产厂商、品牌、型号越来越多，汽车产能超过了需求。据中国汽车协会统计，2013年全年汽车产量是2211.68万辆，同比增长了14.76%。同时，消费者的要求在不断提高，汽车消费市场的竞争非常激烈。一些汽车生产商的做法是在控制成本的基础上增加汽车的功能，将电子技术、自动化、计算机等领域的新技术应用于汽车，将原来应用于中高档车甚至只用于高档车的配置移植到经济型汽车上。实现这种移植，需要解决两个核心问题：在较低的设计、生产成本下如何保证配置的可靠性，如何保证以较快的速度推向市场。因此，设计一套便捷、可靠的检测设备是保证汽车生产质量，提高竞争力的必然要求。
汽车助力转向系统是一种协助汽车驾驶员进行方向调整，节省驾驶员对方向盘的用力强度的系统。从早期的连杆控制装置发展到机械液压动力转向和电子液压助力转向，今天电动助力转向装置（EPS系统）逐步普及。电动助力转向装置利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，最早出现在上世纪四十年代，现在已经有20%左右的汽车开始配备电动助力转向装置。随着技术的不断成熟，成本的逐步降低，预计在不久的将来，EPS在汽车上的应用会快速增长。EPS系统主要由转向轴、电子离合器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成，其中ECU实质是汽车专用微机控制器，通过传感器采集方向盘转角、方向盘转速以及转向力、发动机转速、车速等信息，根据内置的特性曲线图计算助力力矩，输出驱动转向助力电动机工作，是整个汽车助力转向系统的核心。
本课题来源于实际工程项目，根据客户提供的电动助力转向装置产品，设计主要针对ECU 的检测系统，要求检测系统能够模拟ECU工作所需要的输入信号，如汽车方向盘正负转动90度等，能够采集反馈数据同标准数据比较，同时还能够验证ECU上电后的电流波动范围是否在允许范围内，据此判断该产品是否合格。
1.2汽车助力转向系统的发展
一直以来，汽车设计研发的最终目的是为了让汽车能够拥有可靠的性能，行驶更安全，驾驶更舒适。以前的汽车特别是一些大型车，打方向盘必须要使出浑身的力气，假如要是直角拐弯，方向盘更是要打足2圈半，为了减轻驾驶员转弯时对方向盘的用力强度，人们发明各种各样的助力转向装置。
目前汽车上配置的助力转向系统主要有三种：机械式液压助力转向系统、电子液压助力转向系统和电动助力转向系统。
机械式液压助力转向系统主要由液压泵、油路、传动带、压力控制阀、油罐等部件构成。系统工作时，液压泵通过电动机传动带直接驱动，为保持压力，系统始终保持工作状态。由于液压泵的压力较大，很容易对系统造成机械损坏。该系统一般应用在经济型轿车上。
电子液压助力转向系统主要由电动泵、转向传感器、转向机、助力转向控制单元、油罐等部件构成，电子液压助力转向系统规避了机械液压助力转向系统的缺点，它不在依靠发动机来带动液压泵，而是采用由蓄电池提供动力的电动泵。其工作原理主要是控制单元根据汽车行驶的速度，转向角度等信息计算出转向机最理想的转动角度。
电动助力转向系统一般由电动机、减速器、转向器、ECU、蓄电池以及转矩传感器组成。其工作原理是汽车转向时，转矩传感器感应到方向盘力矩和转动方向，再把这些信号传递给ECU，ECU会根据这些信号控制电动机转动，从而产生助力转向。由于电动助力转向系统是靠电子元件控制，运行更稳定，更可靠，省去了转向油泵，油路，传动带等复杂的机械结构，而且电动助力转向系统只有在转向时才工作， 不但节约的能量，而且还减少了废弃排放，保护了环境。
1.3 ECU测试的目的和方法
ECU又称车载电脑，它和普通的电脑一样,根据功能和需要，可由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。它就像是人的大脑，控制着整个汽车系统的运行。它在汽车系统中的应用是汽车发展史上一个重要创新。目前在一些中高级轿车上，ECU遍布于汽车各部分，比如发动机、防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等，它的合格与否决定着汽车能否平稳、安全、舒适的运行。
如今随着电子技术的快速发展，电子元件在汽车上的应用也越来越广泛，过去单纯靠人力机械来完成汽车转向的系统逐渐被由众多传感器等电子元件组成的电动助力转向系统所替代，然而由于电子部件繁多，一旦某一元件损坏，将会影响到整个系统的正常运行。为了保证产品的质量，在产品装配到汽车上之前，必须对每个产品进行严格的检测。对ECU产品的检测的严格程度，在很大程度上决定了ECU产品质量的优劣程度。
汽车电动助力转向系ECU功能检测主要对ECU转向装置以及上电后电流范围的验证。要求对数据进行高精度的采集和处理，对ECU产品质量做出严格检测，并通过直观、简洁的方式呈现出来。
目前常用ECU检测方法主要基于单片机和基于LabVIEW两种。
基于单片机的检测方法主要是开发基于单片机的ECU检测板。其主要工作方式是将C语言编写的检测程序烧录到检测板后，与被测ECU连接，通过CAN通讯执行与检测板对应的检测内容。由于采用单片机检测ECU,往往开发周期长，结构复杂且灵活性差；另一方面是由于采用C语言编程测试程序，出错率较高且难以检查到。
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