电动助力转向系统数据采集的实现.pdf

电动助力转向系统(EPS)数据采集的实现(1)2010-04-26 20:14:54 来源:微计算机信息关键字：电动助力转向数据采集硬件 软件1 前言电动助力转向系统已成为现代汽车发展的必然趋势只有精确实时的采集到车辆转角数据，助力转向系统才能根据这些数据采用各种先进的算法来控制助力电机的转动所以说，车辆转角数据的采集是电动助力转向系统的重要组成部分此文章详细的讲述了 电动助力转向系统数据采集 的硬件和软件2 数据采集硬件数据采集硬件系统主要由计算机，A/D 转换板，数字量信号输入/输出板，传感器以及信号处理装置等组成，基本的结构如图1 所示试验台传感器所输出的信号一共有两种，一种是模拟信号，另外一种是数字信号而计算机只能对数字量进行处理，为了能使计算机处理或存储模拟信号，就必须将其转换为数字量，因此模拟信号的采集主要通过 A/D 板进行转换，然后输入计算机中进行处理；数字信号(光电编码器输出的脉冲信号)的采集是南数字信号输入输出处理板来完成名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 11 页 -图 1 数据采集硬件系统2.1 数据采集卡(A/D)-HY-1232A/D 板HY-1232 板是一种 IBM-PC XT/AT 总线兼容 A/D，D/A 板，具有32 路单端模拟输入通道，12Bit 分辨率，模拟输入电压范围，双极性为-5V，+5V，单极性为 0，+5V。

数据传输方式采用软件查询方式和中断方式，而且可以直接插入到计算机的任一总线扩展槽中，构成计算机数据采集的控制系统HY 一 1232 的 A/D 转换采用软件触发方式，在程序中首先向该板写入模拟通道，A/D 板将自动对该通道进行A/D 转换在程序中读入A/D 完成标志位即可判断转换是否完成当 A/D 完成位为,1?时，则 A/D 转换已完成2.2 HY-6160 数字量信号输入输出板HY-6160 板有 32 个数字量输入通道，32 个数字量输出通道和一个外部事件中断通道每个输入或输出通道为一组，占用一个地址数字量输入/输出信号电平与TTL 电平兼容中断申请信号为 TTL 电平数字量输出通道上电清零光电编码器将转向盘的转角转换为电脉冲输入给数字信号输入输出板，通过计算脉冲数的大小即町获得转向盘转过的角度名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 11 页 -2.3 传感器2.3.1 扭矩传感器扭矩传感器主要测量转向盘输出扭矩的大小和方向，然后将其转化为相应的电压值传送给控制器的ECU扭矩是作为 EPS系统控制策略的重要依据，直接会影响到控制效果的好坏，因此扭矩传感器也被作为重点对像进行研究和开发。

本试验台选用的传感器为电位计式扭矩传感器2.3.2 霍尔电流传感器霍尔元件是一种磁电转换器件，能把磁场信号转换为电信号，当霍尔器件 H 处于磁感应强度为B 的磁场中时，在 H(由半导体材料制成的薄片)纵向通过控制电流I，将引起薄片两边载流子数量的变化，因而产生一个电势差，即霍尔电压曲，Un=K/d*k*B 式中：K 为所用材料的霍尔常数；d 为薄片厚度；IC 为控制电流；B 为磁感应强度本试验台中电流传感器型号是CS500B(南京茶花港联传感测控技术有限公司)3 数据采集软件总体设计名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 11 页 -本试验台的数据采集软件系统采用VB 作为编程语言，使用模块化结构软件的主体功能主要包括数据采集，数据存储与处理，数据实时显示，坐标设定，实时曲线显示等驾驶员作用在方向盘上的扭矩由扭矩传感器输入到计算机内的A/D 板，A/D 板将此模拟信号再转换为数字信号，通过采集软件进行存储等操作；电流传感器输出模拟电流信号和扭矩信号一样都进入A/D 板进行转换；安装在方向盘上的光电编码器将脉冲信号输入到计算机内的计数板上，由采集软件通过计算脉冲数的大小来得到方向盘的转角。

软件中除了基本的数据保存等功能外，还有实时数据显示，实时曲线显示，通过软件叮以直接看到系统工作过程中扭矩、电流、方身盘转角的大小，还可以观察它们之间的关系图2 为软件的结构框图图 2 数据采集软件结构框图3.1 Visual BASIC 对底层硬件的访问现实中经常会对控制系统进行数据采集或者发送控制命令，都要求对底层的硬件进行操作，但是Visual BASIC 没有提供直接访问底层硬件的控件和方法，只能通过调用动态链接库DLL 或者使用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 11 页 -AetiveX 控件来读写存储器单元、端口，甚至控制硬件中断下面主要介绍使用 Visual c+6.0 编写数据采集函数的动态链接库DLL 的过程动态链接库虽然是一个可执行模块，但它并不能直接运行，它只是提供一组函数供Windows 应用程序或其他动态链接库调用，以完成其特殊任务在使用Visual c+6.0 创建 DLL 后会生成三个文件，*.cpp，stdafx.cpp，stdafx.h，只需在 stdafx.cpp中将程序入口函数DLLMain()补全，加入自定义的功能函数，并新建*.DEF 模块定义文件，将自定义的功能函数在此文件中一一输出。

其中，DllMain 函数是 Win32 DLL 的入口和出口点在每次装入或卸载DLL 时，Windows 9x 调用该函数，主要用来完成一些初始化任务，或在 DLL 卸载之前，Windows 调用该函数做一些必要的释放资源等清除工作值得注意的是，DLL 的调用约定共有 4 种方式：_fastcall、_pascal、_stdcall、_cdecl，vc+默认调用方式为 _cdecl，而 VB 默认调用方式则为 _stdcaU，因此必须限定调用方式，即将函数定义为如下格式：extern“C _declspec(dllexport)_std-call 函数名参数列表只有做这样的限定后，生成的DLL 库才不会出现错误3.2 利用 VB 调用动态链接库名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 11 页 -在 VB 中调用动态链接库之前，VB 要求必须在窗体或模块的声明中定义所要调用的函数，否则VB 不能识别所调用的动态链接库如果调用的动态链接库中的函数无返回值，则将其声明为过程：Declare Sub 过程名 lib“.DLL 库名”(Byval 参数 As 类型)如果调用的动态链接库中的函数有返回值，则将其声明为函数：Declare Function 函数名 lib“.DLL 库名”(Byval参数 As 类型)a8类型具体到本数据采集系统的端口操作函数及A/D 转换函数，其声明方式如下：电动助力转向系统(EPS)数据采集的实现(2)2010-04-26 20:14:54 来源:微计算机信息关键字：电动助力转向数据采集硬件 软件Declare Sub Outport Lib vbio.dll(ByVal portID As Integer，ByVal nByte As Integer)Declare Function Inport Lib vbio.dll(ByVal portlD As Integer)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 11 页 -As Integer Declare Function Getval Lib EPS.dll(ByVal portID As Integer)As Single 在这样声明之后，函数Output、Input、Getval 才可以像使用 VB本身自带的函数那样在需要时进行直接调用。

3.3 VB 中高精度定时数据的采集在电动助力转向台架试验的过程中，所有的扭矩，电流，角度，齿条位移等都是按照准确的物理时间来采集，并且记录在数据文件中实时数据的采集过程需要用到定时器，定时器的精度必须能够满足实时采样和数字滤波的要求本试验台利用Windows API 函数实现精确记时的方法，即利用高性能频率记数法利用这种方法需要使用两个 API 函数：QueryPerformaneeFrequency 和QueryPerPerformanceCounter1)QueryPerformaneeFrequeney 函数：获得高性能频率记数器的震荡频率，该函数的定义如下：Private Declare Function QueryPerformaneeFrequeney Lib kernel32_ 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 11 页 -(lpFrequency As LARGE_INTEGER)As Long 函数中的数据结构LARGE_INTEGER 定义如下：Type LARGE_INTEGER lowpart As Long highpart As Long EndType 调用该函数后，函数会将系统频率记数器的震荡频率保存到lpPerformanceCount中，其中低位保存到lowpart 中，高位保存到highpart 中。

2)QueryPerformanceCounter函数获得系统频率记数器的震荡次数，函数的定义如下：Private Declare Function QueryPerformaneeCounter Lib”kernel32”_(lpPerformanceCount As LARGE_INTEGER)As Long 获得记时器震荡次数保存在lpPerformanceCount中在程序设计中首先通过利用QueryPerformanceFrequency 函数获得频率记数器的震荡频率，然后在执行数据采集程序段之前调用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 11 页 -QueryPerformance Counter函数获得频率记数器的震荡次数，在数据采集程序段结束时再调用QueryPerformanee Counter函数获得频率记数器的震荡次数，将两次获得的震荡次数相减后再除以震荡频率就获得了两次间隔之间的时间(以秒为单位)因此在数据采集程序中建立了一个循环在循环中不断的调用QueryPerformaneeCounter获得频率记数器的震荡次数并同先前的频率记数器的震荡次数相减，将结果除以频率记数器的震荡频率，如果达到设定的采集时间则执行数据采集任务，这样就达到了精确记时采集的任务。

在试验的过程中，程序每隔 3ms访问一次 A/D 板，也就是每 3ms会读一个数据到内存中，为了更加清楚的观察各种状态下曲线的变化情况，以及尖脉冲干扰出现的时间，在软件设计时尽可能把这些点全部读入，并在实时曲线上显示出来但是如果把这些点全部记录下来，数据量会非常大，不利于后续的助力特性等的分析，因此在软件中设定一个 N 值，当采集到的点数达到此值时，程序将这N 个值做一次滤波处理，然后将处理过的数保存在数据库中，供后续的分析与处理在这里 N 值取为 50实验证明，该定时器能满足EPS定时采集的要求3.4 采集数据的过滤名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 11 页 -试验台外部干扰对于传感器的影响很大，因此采集到的数据需要经过处理进行软件滤波的方法主要有：限幅滤波法，中位值滤波法，算术平均滤波等1)限幅滤波法对于超过被测鼍可能上限和可能下限的测量值，则被认为是由于偶然的脉冲噪声丽引起，忽略该测量值2)中位值滤波法对一组测量值，去掉其中的最大值和最小值，只对中位进行处理3)算术平均值法取多个中位值的平均值在数据采集过程中，试验台系统不可避免会产生尖脉冲干扰本数据采集系统对模拟量采取的数字滤波方法是结合防脉冲干扰平均法和移动平均滤波法各自优点，即既能防止脉冲干扰，又能提高系统实时性，这里设置数据氏数据的个数为N 个，每采样一次新数据，主程序就调用一次防脉冲移动平均滤波子程序，去掉N 个数据中的最大值和最小值，再取。