基于虛擬儀器的ABS傳感器功能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用ni pci-6220多功能數(shù)據(jù)采集卡和labview 7.1開(kāi)發(fā)軟件，根據(jù)德國(guó)大眾的abs傳感器功能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)出了滿(mǎn)足要求的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)速度快、運(yùn)行可靠，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)，并已經(jīng)在生產(chǎn)線(xiàn)上投入使用。

abs的工作原理

abs最重要的功能并不是為了縮短制動(dòng)距離，而是為了能夠盡量保持制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性。abs起作用時(shí)，車(chē)輪與路面的摩擦屬滾動(dòng)摩擦，它會(huì)充分利用車(chē)輪與路面之間的最大附著力進(jìn)行制動(dòng)，從而提高制動(dòng)加速度，縮短制動(dòng)距離，但最重要的還是保證汽車(chē)的方向穩(wěn)定性。abs工作時(shí)就相當(dāng)于以很高的頻率進(jìn)行點(diǎn)剎。于是，在緊急情況下如果將制動(dòng)踏板踩到底，肯定會(huì)感到制動(dòng)踏板在顫動(dòng)，同時(shí)也會(huì)聽(tīng)到制動(dòng)總泵發(fā)出的“噠噠”聲，這便是abs在正常工作。制動(dòng)總泵不斷調(diào)整制動(dòng)壓力，從而對(duì)制動(dòng)踏板產(chǎn)生連續(xù)的反饋力。

測(cè)試原理

測(cè)試時(shí)，abs的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)被驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)以任意方向恒定的速度旋轉(zhuǎn)。對(duì)于mk60型abs傳感器，就是指在沒(méi)有制動(dòng)力的情況下，以恒速139.5r/m旋轉(zhuǎn)。如圖2所示，分別在接點(diǎn)①和②間（ub）給傳感器施加12vdc和3.3vdc電壓，在旋轉(zhuǎn)中連續(xù)進(jìn)行兩次測(cè)試，每次測(cè)試都要保證測(cè)試完整的一周。當(dāng)abs傳感器感應(yīng)到發(fā)號(hào)片，就產(chǎn)生方波的波峰，否則產(chǎn)生波谷，使用115ω的高精度電阻r取得電壓us。當(dāng)ub為12v時(shí)，根據(jù)所測(cè)得的電壓值計(jì)算出方波的頻率、電流峰值ih的最大值和最小值、電流谷值il的最大值和最小值以及信號(hào)的占空比。如圖3所示，當(dāng)ub為3.3v時(shí)，根據(jù)所測(cè)得的電壓值計(jì)算出極對(duì)數(shù)和極距間隙。如果這些值在許可的范圍內(nèi)，就可以判定abs傳感器是合格的。

為了保證測(cè)試完整的一周及判斷abs傳感器的極對(duì)數(shù)是否正確，必須有一個(gè)基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器，為此，制作了一個(gè)有45個(gè)齒的齒盤(pán)，因?yàn)檎r(shí)工件的極對(duì)數(shù)是43，所以齒盤(pán)的齒數(shù)與其相近。該齒盤(pán)的齒隙比為1:1，并隨被測(cè)試工件一起旋轉(zhuǎn)，用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)基準(zhǔn)齒盤(pán)的齒數(shù)，只有檢測(cè)到45個(gè)光電開(kāi)關(guān)的信號(hào)，才能確保abs進(jìn)行了完整一周的測(cè)試。該光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生0～24v的序列脈沖，但經(jīng)過(guò)接口板的光電隔離后轉(zhuǎn)換成0～5v的序列脈沖，以下簡(jiǎn)稱(chēng)ref信號(hào)，選擇此光電開(kāi)關(guān)時(shí)應(yīng)注意響應(yīng)頻率要大于45×139.5÷60=105hz。

控制原理

使用ni pci-6220多功能采集卡，將abs信號(hào)和ref信號(hào)作為電壓模擬量采用差分輸入方式連接到多功能采集卡的通道0和通道1，為了保證測(cè)試精度，設(shè)置模擬量的采樣速率為25ks/s，并設(shè)置每通道的緩存區(qū)為500ks，可靠地將測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，設(shè)置每通道的每次讀取點(diǎn)數(shù)為250s。將測(cè)試條件判斷信號(hào)和測(cè)試結(jié)論值以數(shù)字量信號(hào)輸出到dio上。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)試電壓的切換、模擬量輸入和數(shù)字量的輸入或輸出，自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了接口板，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。接口板內(nèi)有兩個(gè)dc/dc模塊，分別用于將24vdc轉(zhuǎn)換成5vdc和12vdc。5vdc用于多功能采集卡的dio，為了保護(hù)ni pci-6220多功能采集卡，對(duì)于數(shù)字量輸入使用雙向輸入光電隔離和npn/pnp輸入選擇開(kāi)關(guān)，并將24個(gè)數(shù)字量分成16個(gè)輸入和8個(gè)輸出；輸出部分使用達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)繼電器輸出。測(cè)試電壓要求精度是12±0.1v 和3.3±0.1v，使用兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器和電位器，以確保將測(cè)試電壓調(diào)節(jié)到12v和3.3 v。選用安川sgmgh系列伺服電機(jī)和sgdm系列伺服控制器，為保持速度恒定。伺服電機(jī)選用17位編碼器，應(yīng)用內(nèi)部速度控制方式，無(wú)須其他控制模塊實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的測(cè)試。

1 開(kāi)機(jī)運(yùn)行程序，首先進(jìn)行程序初始化，包括讀入?yún)?shù)設(shè)置值、初始化數(shù)組和簇。
2 測(cè)試程序每50ms掃描一次“測(cè)試指令”脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)至少保持200ms。一旦掃描到“測(cè)試指令”脈沖信號(hào)，就開(kāi)始測(cè)試。
3 上次的測(cè)試結(jié)果首先要清零。
4 接口板上的繼電器k1和k13上電接通，連接abs傳感器，并施加12v電壓，進(jìn)行第一次測(cè)試，對(duì)測(cè)試值進(jìn)行計(jì)算。
5 接口板上的繼電器k13保持連接abs傳感器，k1斷開(kāi)，將電壓切換到3.3v，進(jìn)行第二次測(cè)試，并對(duì)測(cè)試值進(jìn)行計(jì)算。
6 將計(jì)算結(jié)果匯總，得出結(jié)論。
7 輸出計(jì)算結(jié)果和測(cè)試結(jié)論，發(fā)送給plc測(cè)試完成及合格與否的i/o信號(hào)；在測(cè)試軟件的主界面上顯示計(jì)算結(jié)果和測(cè)試結(jié)論；將計(jì)算結(jié)果附加上時(shí)間、日期和條形碼一起對(duì)應(yīng)存盤(pán)。
8 等待plc的反饋信號(hào)，在3s之內(nèi)，收到plc發(fā)回的“結(jié)果收到”信號(hào)，則返回步驟2，處于等待“測(cè)試指令”脈沖信號(hào)，準(zhǔn)備下次測(cè)試；否則進(jìn)行報(bào)警提示。

程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

以labview的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)機(jī)為模板，共19個(gè)框。建立4個(gè)簇作為數(shù)據(jù)的高速公路，它們分別是：abs與ref順序比較、參數(shù)設(shè)置、計(jì)算結(jié)果和測(cè)得數(shù)據(jù)。共有15個(gè)子程序被調(diào)用來(lái)完成測(cè)試、參數(shù)設(shè)置和硬件測(cè)試等功能。

顯示畫(huà)面可以在“查看數(shù)據(jù)”、“第一次波形”、“第二次波形”和“參數(shù)設(shè)置及硬件測(cè)試”四個(gè)界面間切換。默認(rèn)畫(huà)面是“查看數(shù)據(jù)”，也是主界面，如圖7所示。在默認(rèn)畫(huà)面上顯示出要求測(cè)試項(xiàng)目的計(jì)算值、測(cè)試結(jié)果和此次程序運(yùn)行后測(cè)試的數(shù)量、合格的數(shù)量及合格率。在測(cè)試過(guò)程中，有測(cè)試進(jìn)程顯示。在“第一次波形”和“第二次波形”畫(huà)面中顯示出兩次連續(xù)測(cè)試的abs信號(hào)和ref信號(hào)波形。圖8是第一次測(cè)試波形。在“參數(shù)設(shè)置及硬件測(cè)試”畫(huà)面中，授權(quán)用戶(hù)能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，能進(jìn)行硬件測(cè)試。每天以日期為文件的前綴生成數(shù)據(jù)記錄文件，如“2006-6-3_abs”。

在測(cè)試數(shù)據(jù)前面加上日期、時(shí)間和被測(cè)試件的條形碼一起對(duì)應(yīng)存盤(pán)，每測(cè)試一次添加一行，在均為80g的c盤(pán)和d盤(pán)中同時(shí)存儲(chǔ)，以保證數(shù)據(jù)的安全性，便于數(shù)據(jù)追溯，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式如表1所示，用excel軟件可以查看該記錄文件。

由于采集速度很快，雖然在理論上認(rèn)為方波信號(hào)的上升沿和下降沿是跳變的，如可以說(shuō)從0v跳變到5v，但是，如果把這個(gè)跳變過(guò)程放大很多倍，就能捕捉到從0v跳變到5v的中間值，可能是2.7v、3.5v等。就是類(lèi)似于這樣的跳變過(guò)程中的一個(gè)值，就是波峰或波谷超限的值。通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)根據(jù)需要的采樣速率和方波的頻率，在跳變過(guò)程中最多能產(chǎn)生一個(gè)中間值，這樣，在程序中將這樣的中間值識(shí)別出來(lái)并加以過(guò)濾，就避免了假的不合格的數(shù)據(jù)參與計(jì)算。另外，雖然從宏觀上：如果abs傳感器合格，參考信號(hào)有45個(gè)齒，abs就應(yīng)該有43個(gè)齒。但是，通過(guò)對(duì)紙制模型的分析，發(fā)現(xiàn)在采樣開(kāi)始的瞬間，abs或參考信號(hào)（簡(jiǎn)稱(chēng)ref）的相對(duì)狀態(tài)不同，計(jì)算數(shù)值是不一樣的。即如果脈沖順序判斷結(jié)果是ref先于abs，則以ref為基準(zhǔn)，在ref=46時(shí)，abs=43即為正確；如果脈沖順序判斷結(jié)果是abs先于ref，則以abs為基準(zhǔn)，在abs=44時(shí)，ref=45即為正確；如果脈沖順序判斷結(jié)果是abs與ref同時(shí)到來(lái)，則以abs為基準(zhǔn)，在abs=43時(shí)，ref=45即為正確。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，labview 7.1的圖形化編程，易于閱讀和理解，軟件中豐富的例程對(duì)初學(xué)者極為有用，實(shí)用的裝飾件可以做出美觀實(shí)用的界面。圖9是labview塊圖程序。目前，這一abs功能測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)交付使用，該系統(tǒng)技術(shù)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、能夠保證測(cè)量精度。相對(duì)進(jìn)口的同類(lèi)設(shè)備，雖然采集卡采樣速率都是250ks/s，但是進(jìn)口設(shè)備的a/d轉(zhuǎn)換分辨率是12位，而ni pci-6220的轉(zhuǎn)換分辨率是16位，此外，進(jìn)口設(shè)備的價(jià)格是本系統(tǒng)的3、4倍，這一系統(tǒng)的成功也給用戶(hù)節(jié)省了設(shè)備投資。
參考文獻(xiàn):

[1].plcdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/plc_1248813.html.