本發(fā)明涉及一種汽車EPS試驗(yàn)臺(tái)液壓控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System，簡(jiǎn)稱EPS)是汽車電子化發(fā)展的成果之一，具有零件數(shù)目相對(duì)較少，裝配性能好，能提高主動(dòng)安全性，節(jié)約燃料，有利于環(huán)保等許多優(yōu)點(diǎn)，所以在各國(guó)汽車制造業(yè)中得到普遍重視，已部分取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向，也是當(dāng)今汽車電子控制系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元(ECU)、電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)等，它可以很容易地實(shí)現(xiàn)在車速不同時(shí)提供不同的助力效果，保證汽車在低速行駛時(shí)輕便靈活、高速行駛時(shí)穩(wěn)定可靠。汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)是為了滿足汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的開發(fā)設(shè)計(jì)與性能測(cè)試任務(wù)而研制的。由于汽車行駛的工況十分復(fù)雜，汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)能夠根據(jù)汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的性能測(cè)試要求提供相應(yīng)方式的測(cè)試阻力，模擬出不同路面作用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的測(cè)試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種汽車EPS試驗(yàn)臺(tái)液壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，操作方便，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，開發(fā)過程簡(jiǎn)單方便，保證了系統(tǒng)的控制功能，而且具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精度高，性價(jià)比高，維護(hù)成本低。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述液壓泵控制采用VT-2000BS40G型電液比例控制器，其液壓加載裝置控制系統(tǒng)包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式進(jìn)行控制，手動(dòng)方式一般用于要求精度不高的情況下，自動(dòng)方式用于精度較高和要求輸出不同波形的情況下。

所述液壓加載裝置需要根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，輸出大小和方向都不變的力，主要模擬汽車原地打轉(zhuǎn)向盤時(shí)的受力。根據(jù)不同的路況，可以設(shè)置大小不同的阻力。其次，還需要輸出位移大小和方向按照正弦波、方形波、鋸齒波和三角波等規(guī)律變化的阻力，主要用于模擬汽車在通過各種典型路面或者障礙物時(shí)轉(zhuǎn)向器所受的外力。根據(jù)EPS試驗(yàn)臺(tái)的以上功能需要，系統(tǒng)采用PHILIP的P87LPC768單片機(jī)，主要是通過按鍵控制單片機(jī)使其發(fā)送幅度(0～9V)變化的控制電壓信號(hào)給電液比例控制器，使電液比例控制器的比例電磁閥中相應(yīng)產(chǎn)生100-800 mA的電流來控制液壓泵。而控制電壓信號(hào)則通過MAX7219進(jìn)行LED顯示。

所述液壓控制系統(tǒng)采用單片機(jī)P87LPC768、顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219、防抖動(dòng)芯片MAX6818和集成運(yùn)放LM358。P87LPC768是20腳封裝的單片機(jī)，其提供可編程選擇的高速、低速晶振和RC振蕩方式，具有較寬的操作電壓范圍。并提供可編程I/O口輸出模式選擇，可選擇施密特觸發(fā)輸入，LED驅(qū)動(dòng)輸出和內(nèi)部看門狗定時(shí)器。P87LPC768基于80C5l的加速處理器結(jié)構(gòu)使指令執(zhí)行速度為標(biāo)準(zhǔn)80C51MCU的2倍，4通道10位脈寬調(diào)制器(PWM)，可以通過PWM實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，不用4再外接D/A轉(zhuǎn)換芯片，提高了抗干擾能力，也降低了成本。P87LPC7685'帶有4個(gè)脈寬調(diào)制通道以產(chǎn)生可編程的脈沖和間隔寬度。PWM連續(xù)輸出的間隔由10位倒計(jì)數(shù)器控制，而計(jì)數(shù)器的預(yù)置值裝入計(jì)數(shù)器映象寄存器CNSWO和CNSWl，且將低8位寫入CNSWO，高2位寫人CNSWl。每個(gè)PWM輸出脈寬都由對(duì)應(yīng)的比較映象寄存器(CPSWO至UCPSW4)的值所確定。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到下溢值時(shí)，PWM輸出強(qiáng)制為高，此狀態(tài)將保持到計(jì)數(shù)器下次溢出前，然后變?yōu)榈?。其中PWM0由CPSW0和CPSW4的低2位決定；PWMl由CPSWl和CPSW4的第3、45決定；PWM2由CPSW2和CPSW4的第5、6位決定；PWM3由CPSW3和CPSW4的高2位決定。本系統(tǒng)采用PWM3通道，寫入CPSW3和CPSW4高2位的值與CNSW0$11CNSWl中的預(yù)置值進(jìn)行比較，P0.0口輸出翻轉(zhuǎn)，可以得到脈寬不同的脈沖波。

所述控制系統(tǒng)的LED顯示采用MAX7219驅(qū)動(dòng)芯片。MAX7219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器。每片可驅(qū)動(dòng)8位7段加小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級(jí)聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線，正好彌補(bǔ)P87LPC768引腳較少的缺點(diǎn)。MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時(shí)從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)外，平時(shí)獨(dú)立工作，不占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，極大地節(jié)省了MCU有限的運(yùn)行時(shí)間和程序資源。連接線路非常簡(jiǎn)單，控制方便，外圍電路僅需一個(gè)電阻設(shè)定峰值段電流，同時(shí)可以通過軟件設(shè)定其顯示亮度。MAX7219芯片上包括BCD譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動(dòng)器、位驅(qū)動(dòng)器和用子存放每個(gè)數(shù)據(jù)位的8×8靜態(tài)RAM以及數(shù)個(gè)工作寄存器。通過指令設(shè)置這些工作寄存器，可以使MAX7219進(jìn)入不同的工作狀態(tài)。

所述控制系統(tǒng)的濾波電路采用無源RC低通濾波器，通過計(jì)算信號(hào)的頻譜，進(jìn)而得出濾波器的截止頻率來選擇合適的R和C的值。采用集成運(yùn)放LM358進(jìn)行信號(hào)的放大，其內(nèi)部包括有2個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。一教單片機(jī)引腳高電平為5V，為滿足控制信號(hào)0～9V，設(shè)計(jì)放大器的放大倍數(shù)為2倍。對(duì)于放大器的輸入和輸出信號(hào)都加了由集成運(yùn)放LM358設(shè)計(jì)的射極跟隨器，用于信號(hào)的隔離，抑制干擾信號(hào)，提高D/A轉(zhuǎn)換精度。采用光藕、三極管和發(fā)光二極管設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)電源供電故障、單片機(jī)引腳工作故障和控制信號(hào)輸出故障進(jìn)行報(bào)警的電路，當(dāng)它們中任何一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警燈便會(huì)被點(diǎn)亮，同時(shí)斷開電源，保護(hù)電路，便于快速檢查出故障源。

所述控制系統(tǒng)中按鍵采用獨(dú)立式按鍵，鍵值獲取采用掃描電路不斷地掃描各個(gè)按鍵引腳，低電平有效；顯示采用靜態(tài)顯示，僅在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)CPU才執(zhí)行一次更新子程序，節(jié)省CPU時(shí)間；D/A轉(zhuǎn)換由單片機(jī)的PWM實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要包括以下模塊：按鍵掃描程序、顯示程序、升/降壓程序、方波程序、三角波程序、鋸齒波程序、正弦波程序。

本發(fā)明的有益效果是：系統(tǒng)穩(wěn)定，操作方便，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，開發(fā)過程簡(jiǎn)單方便，保證了系統(tǒng)的控制功能，而且具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精度高，性價(jià)比高，維護(hù)成本低。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的EPS試驗(yàn)臺(tái)液壓控制系統(tǒng)框圖。

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)硬件電路原理框圖。

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)硬件電路原理圖。

圖4是本發(fā)明的控制系統(tǒng)程序流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，液壓泵控制采用VT-2000BS40G型電液比例控制器，其液壓加載裝置控制系統(tǒng)包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式進(jìn)行控制，手動(dòng)方式一般用于要求精度不高的情況下，自動(dòng)方式用于精度較高和要求輸出不同波形的情況下。

液壓加載裝置需要根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，輸出大小和方向都不變的力，主要模擬汽車原地打轉(zhuǎn)向盤時(shí)的受力。根據(jù)不同的路況，可以設(shè)置大小不同的阻力。其次，還需要輸出位移大小和方向按照正弦波、方形波、鋸齒波和三角波等規(guī)律變化的阻力，主要用于模擬汽車在通過各種典型路面或者障礙物時(shí)轉(zhuǎn)向器所受的外力。根據(jù)EPS試驗(yàn)臺(tái)的以上功能需要，筆者采用PHILIP的P87LPC768單片機(jī)，主要是通過按鍵控制單片機(jī)使其發(fā)送幅度(0～9V)變化的控制電壓信號(hào)給電液比例控制器，使電液比例控制器的比例電磁閥中相應(yīng)產(chǎn)生100-800 mA的電流來控制液壓泵。而控制電壓信號(hào)則通過MAX7219進(jìn)行LED顯示。

如圖2、圖3，液壓控制系統(tǒng)采用單片機(jī)P87LPC768、顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219、防抖動(dòng)芯片MAX6818和集成運(yùn)放LM358。P87LPC768是20腳封裝的單片機(jī)，其提供可編程選擇的高速、低速晶振和RC振蕩方式。具有較寬的操作電壓范圍。并提供可編程I/O口輸出模式選擇，可選擇施密特觸發(fā)輸入，LED驅(qū)動(dòng)輸出和內(nèi)部看門狗定時(shí)器。P87LPC768基于80C5l的加速處理器結(jié)構(gòu)使指令執(zhí)行速度為標(biāo)準(zhǔn)80C51MCU的2倍，4通道10位脈寬調(diào)制器(PWM)，可以通過PWM實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，不用4再外接D/A轉(zhuǎn)換芯片，提高了抗干擾能力，也降低了成本。P87LPC7685帶有4個(gè)脈寬調(diào)制通道以產(chǎn)生可編程的脈沖和間隔寬度。PWM連續(xù)輸出的間隔由10位倒計(jì)數(shù)器控制，而計(jì)數(shù)器的預(yù)置值裝入計(jì)數(shù)器映象寄存器CNSWO和CNSWl，且將低8位寫入CNSWO，高2位寫人CNSWl。每個(gè)PWM輸出脈寬都由對(duì)應(yīng)的比較映象寄存器(CPSWO至UCPSW4)的值所確定。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到下溢值時(shí)，PWM輸出強(qiáng)制為高，此狀態(tài)將保持到計(jì)數(shù)器下次溢出前，然后變?yōu)榈?。其中PWM0由CPSW0和CPSW4的低2位決定；PWMl由CPSWl和CPSW4的第3、45決定；PWM2由CPSW2和CPSW4的第5、6位決定；PWM3由CPSW3和CPSW4的高2位決定。本系統(tǒng)采用PWM3通道，寫入CPSW3和CPSW4高2位的值與CNSW0$11CNSWl中的預(yù)置值進(jìn)行比較，P0.0口輸出翻轉(zhuǎn)，可以得到脈寬不同的脈沖波。

控制系統(tǒng)的LED顯示采用MAX7219驅(qū)動(dòng)芯片。MAX7219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器。每片可驅(qū)動(dòng)8位7段加小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級(jí)聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線，正好彌補(bǔ)P87LPC768引腳較少的缺點(diǎn)。MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時(shí)從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)外，平時(shí)獨(dú)立工作，不占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，極大地節(jié)省了MCU有限的運(yùn)行時(shí)間和程序資源。連接線路非常簡(jiǎn)單，控制方便，外圍電路僅需一個(gè)電阻設(shè)定峰值段電流，同時(shí)可以通過軟件設(shè)定其顯示亮度。MAX7219芯片上包括BCD譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動(dòng)器、位驅(qū)動(dòng)器和用子存放每個(gè)數(shù)據(jù)位的8×8靜態(tài)RAM以及數(shù)個(gè)工作寄存器。通過指令設(shè)置這些工作寄存器，可以使MAX7219進(jìn)入不同的工作狀態(tài)。

控制系統(tǒng)的濾波電路采用無源RC低通濾波器，通過計(jì)算信號(hào)的頻譜，進(jìn)而得出濾波器的截止頻率來選擇合適的R和C的值。采用集成運(yùn)放LM358進(jìn)行信號(hào)的放大，其內(nèi)部包括有2個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。一教單片機(jī)引腳高電平為5V，為滿足控制信號(hào)0～9V，設(shè)計(jì)放大器的放大倍數(shù)為2倍。對(duì)于放大器的輸入和輸出信號(hào)都加了由集成運(yùn)放LM358設(shè)計(jì)的射極跟隨器，用于信號(hào)的隔離，抑制干擾信號(hào)，提高D/A轉(zhuǎn)換精度。采用光藕、三極管和發(fā)光二極管設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)電源供電故障、單片機(jī)引腳工作故障和控制信號(hào)輸出故障進(jìn)行報(bào)警的電路，當(dāng)它們中任何一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警燈便會(huì)被點(diǎn)亮，同時(shí)斷開電源，保護(hù)電路，便于快速檢查出故障源。

如圖4，控制系統(tǒng)中按鍵采用獨(dú)立式按鍵，鍵值獲取采用掃描電路不斷地掃描各個(gè)按鍵引腳，低電平有效；顯示采用靜態(tài)顯示，僅在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)CPU才執(zhí)行一次更新子程序，節(jié)省CPU時(shí)間；D/A轉(zhuǎn)換由單片機(jī)的PWM實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要包括以下模塊：按鍵掃描程序、顯示程序、升/降壓程序、方波程序、三角波程序、鋸齒波程序、正弦波程序。