黎　　新，張晶峰，張衛(wèi)兵，劉　　寧，鄭志明，汪　　斌（東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，湖北 武漢　430057）

?

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器零點標(biāo)定工具的開發(fā)

黎新，張晶峰，張衛(wèi)兵，劉寧，鄭志明，汪斌
（東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，湖北 武漢430057）

摘要：簡介動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改型設(shè)計、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器基本原理。詳細(xì)介紹轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器零點標(biāo)定工具的開發(fā)過程，包括軟硬件方案選擇、自定義通信協(xié)議、上位機程序原理及試驗驗證。

關(guān)鍵詞：動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)角傳感器；零點標(biāo)定；USBCAN適配器

東風(fēng)御風(fēng)商務(wù)車是東風(fēng)汽車股份有限公司設(shè)計制造的一款柴油動力MPV，我司以該車型為基礎(chǔ)開發(fā)了一款代號EA08的純電動MPV。由于這兩款車動力系統(tǒng)不同，導(dǎo)致動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需重新開發(fā)；并且由于這兩款車使用同一條生產(chǎn)線完成總裝工藝，所以生產(chǎn)線也需要調(diào)整。

1　動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改型設(shè)計

原車型動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為液壓助力，主要由轉(zhuǎn)向泵、油管 （包括壓力油管、回油管、吸油管等）、動力轉(zhuǎn)向器和油罐組成［1］。轉(zhuǎn)向泵由發(fā)動機驅(qū)動，新車型取消了發(fā)動機，因此無法沿用原車型的轉(zhuǎn)向泵。為了盡可能地少改動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，我們采用了一種結(jié)構(gòu)緊湊的電動轉(zhuǎn)向泵（圖1）。這種轉(zhuǎn)向泵將泵本體及其驅(qū)動電機集成為一體，并且驅(qū)動電機為直流無刷電機，所以必須附加電子換相電路。

圖1　　電動轉(zhuǎn)向泵

還有兩點需要注意：①助力大小應(yīng)隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速和車速變化，駕駛員打轉(zhuǎn)向盤速度越快，期望助力越大，車速越低助力越大；②轉(zhuǎn)向盤打死時，如不降低電機轉(zhuǎn)速，則極易使轉(zhuǎn)向泵過載損壞。也就是說這種轉(zhuǎn)向泵除了需要電子換相以外，還需要一個控制裝置根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向盤角速度和角度來控制泵的轉(zhuǎn)速，因此把換相電路和控制裝置整合做成一個轉(zhuǎn)向泵控制器。這兩個功能需要轉(zhuǎn)向盤的角速度和角度兩個信號（當(dāng)然還需要車速信號，由于車速信號非常容易獲得，本文不再贅述），由于角速度可通過角度對時間微分得到，因此只需要在轉(zhuǎn)向盤下方的轉(zhuǎn)向管柱上安裝一個轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器即可。

圖2　　轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器

圖2所示的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器內(nèi)部構(gòu)造，主要由

一般認(rèn)為，轉(zhuǎn)向盤處于回正位置時對應(yīng)的轉(zhuǎn)角為零度，轉(zhuǎn)向泵控制器也是按這個約定工作的，所以必須保證此時傳感器輸出的CAN報文對應(yīng)的轉(zhuǎn)角為零度，否則將導(dǎo)致轉(zhuǎn)向泵控制器誤判轉(zhuǎn)向盤位置 （極端情況下，將回正位置誤認(rèn)為打死位置），從而不能正常工作。也就是說，在生產(chǎn)線上裝配轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器時，必須對其進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)操作才能投入使用。

2　轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器零點標(biāo)定

調(diào)零校準(zhǔn)方法有如下兩種：①調(diào)整傳感器的安裝位置，直到其輸出的轉(zhuǎn)角信號為零度為止；②通過標(biāo)定使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器輸出的轉(zhuǎn)角信號為零度。

第①種方法對裝配精度要求較高，要反復(fù)調(diào)整，費時費力；第②種方法無須調(diào)整傳感器的安裝位置，裝配簡單，生產(chǎn)效率高。因此我們采用第②種方法，通過標(biāo)定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的絕對零度位置來實現(xiàn)調(diào)零校準(zhǔn) （以下簡稱標(biāo)零）。具體步驟如下。

1）轉(zhuǎn)向盤回正，此時傳感器輸出的轉(zhuǎn)角為X度。

2）向傳感器發(fā)送一幀特定的CAN報文，請求標(biāo)零。

3）傳感器收到該報文，將X保存到EEPROM存儲器中，并將轉(zhuǎn)角信號減去X修正后再輸出。

4）發(fā)送一幀應(yīng)答報文，表示標(biāo)零已完成。

自定義標(biāo)零通信協(xié)議定義如表1、表2、表3所示。表1是標(biāo)零工具發(fā)送給轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的請求報文，表2和表3是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器發(fā)送給標(biāo)零工具的應(yīng)答報文，表2是標(biāo)零成功應(yīng)答，表3是標(biāo)零失敗應(yīng)答。

表1　請求標(biāo)零報文格式

表2　轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器應(yīng)答報文格式 （標(biāo)零成功）

表3　轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器應(yīng)答報文格式 （標(biāo)零失?。?/p>

3　零點標(biāo)定工具的開發(fā)

由于電動車與柴油車共用一條傳統(tǒng)車的總裝線實施裝配作業(yè)，而總裝線上并沒有標(biāo)零工序和標(biāo)零工具，所以必須對生產(chǎn)線進(jìn)行改造才能應(yīng)用上述標(biāo)零方法。標(biāo)零工具本質(zhì)上就是一個能夠收發(fā)CAN報文的裝置，以下兩種方案均可：①用單片機、CAN通信芯片設(shè)計專用嵌入式系統(tǒng)，編寫固件代碼；②用PC機外接USBCAN適配器搭建硬件系統(tǒng)，編寫上位機程序。

方案①不僅要自行編程，而且還要自行設(shè)計、調(diào)試硬件電路；方案②中的PC機和USBCAN適配器均為通用設(shè)備，無須自行設(shè)計硬件。我司總裝線一角如圖3所示，這是總裝線的最后一個工位，該工序掃描條形碼將車輛信息錄入數(shù)據(jù)庫。這個工位配備工控計算機，非常適合用作標(biāo)零上位機?？紤]到這些因素，我們采用方案②開發(fā)標(biāo)零工具。

圖3　　總裝線一角

3.1上位機程序設(shè)計

周立功USBCAN適配器提供了大量接口函數(shù)供用戶二次開發(fā)［3］，Visual Basic 6.0是微軟推出的一種可視化的、基于對象的高級編程語言，所以我們選擇Visual Basic 6.0調(diào)用周立功USBCAN適配器接口函數(shù)編制標(biāo)零上位機程序。

為了便于總裝線上工人操作，程序界面非常簡潔、直觀，如圖4所示，所有參數(shù)都已填好默認(rèn)值，無須編輯修改。程序用到的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有VCI_INIT_CONFIG結(jié)構(gòu)體和VCI_CAN_OBJ結(jié)構(gòu)體。VCI_INIT_CONFIG用于保存USBCAN初始化參數(shù)，如波特率、驗收碼、屏蔽碼、濾波方式、工作模式等，配置好之后調(diào)VCI_InitCAN接口函數(shù)，將參數(shù)寫入USBCAN設(shè)備。VCI_CAN_OBJ結(jié)構(gòu)體代表了一幀CAN報文，填充該結(jié)構(gòu)體，調(diào)VCI_Transmit接口函數(shù)即可發(fā)送一幀報文，VCI_Receive接口函數(shù)負(fù)責(zé)將USBCAN設(shè)備收到的CAN報文填充到該結(jié)構(gòu)體中。

程序關(guān)鍵代碼有兩處，分別是 “標(biāo)零”按鈕單擊事件處理代碼和定時器回調(diào)函數(shù)，用于發(fā)送標(biāo)零請求報文和接收應(yīng)答報文判斷標(biāo)零是否成功，流程如圖5、圖6所示。

圖4　　標(biāo)零上位機程序界面

圖5　　標(biāo)零請求發(fā)送流程

圖6　　判斷標(biāo)零是否成功的流程

3.2標(biāo)零工具驗證

在圖3所示的工控機上安裝周立功USBCAN適配器驅(qū)動程序和標(biāo)零上位機程序，將適配器一端通過USB與工控機連接，一端通過OBD與待下線車輛的診斷口連接。單擊 “標(biāo)零”按鈕，工控機立即發(fā)送一幀標(biāo)零請求報文給車上的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器，隨后收到其應(yīng)答報文，上位機程序界面點亮綠燈，顯示標(biāo)零成功（圖4）。車輛下線試駕，轉(zhuǎn)向非常輕盈、靈活自如，說明動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作正常，傳感器標(biāo)零成功。迄今為止，已有上千臺純電動汽車使用該工具完成標(biāo)零工序，效果非常好，充分表明了標(biāo)零工具開發(fā)是成功的。

4　結(jié)束語

我司動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計方案選型，對于傳統(tǒng)車一般采用機械式液壓助力，對于電動車一般采用電機助力，而EA08純電動車首次采用了傳統(tǒng)車通常不會配置的電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)車裝配車間無法完成EA08特有的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器標(biāo)零工序。我們充分利用車間現(xiàn)有工控計算機和成熟的USBCAN適配器，自行開發(fā)上位機程序解決了這個問題。

參考文獻(xiàn)：

［1]王霄峰.汽車底盤設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010：351.

［2]王俊，楊勝兵，過學(xué)迅.汽車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)設(shè)計及算法研究［J］.湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2011，25 （1）：19-21.

［3］周立功.USBCAN適配器CAN-bus通用測試軟件及接口函數(shù)庫使用手冊2.0［Z］.

（編輯文珍）

中圖分類號：U463.85

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）01－0030－03

收稿日期：2015-06-30；修回日期：2015-07-14

作者簡介：黎新 （1979-），男，湖北通城人，車輛工程博士，從事計算機軟件和汽車電控軟件開發(fā)，主要研究方向為電動汽車電控系統(tǒng)，lixin_ustb@163.com。一個大主動齒輪和兩個齒數(shù)不等的小從動齒輪、磁鋼、霍爾元件、單片機、CAN模塊組成。大齒輪隨轉(zhuǎn)向管柱一起轉(zhuǎn)動，帶動小齒輪和磁鋼旋轉(zhuǎn)，利用霍爾效應(yīng)可以檢測到兩個頻率不同 （因為兩個小齒輪齒數(shù)不等）的電壓信號。單片機先對電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過計算得到轉(zhuǎn)向盤的絕對轉(zhuǎn)角，并通過CAN模塊發(fā)送給轉(zhuǎn)向泵控制器，具體工作原理請參考文獻(xiàn)［2］。

Development of Zero Calibration Tool for Steering Wheel Angle Sensor

LI Xin，ZHANG Jing-feng，ZHANG Wei-bing，LIU Ning，ZHENG Zhi-ming，WANG Bin
（Commodity Research and Development Institute，Dongfeng Automobile Co.，Ltd.，Wuhan 430057，China）

Abstract：The remodel design of power steering system and the basic principle of steering wheel angle sensor are briefly introduced.The development process of zero calibration tool for steering wheel angle sensor is introduced in details，including the selection of software and hardware，self-defined communication protocol，PC programming principle and test verification.

Key words：power steering system；angle sensor；zero calibration；USBCAN adapter