基于虛擬儀器的ABS傳感器功能測試系統(tǒng)的設計

本設計使用ni pci-6220多功能數(shù)據(jù)采集卡和labview 7.1開發(fā)軟件，根據(jù)德國大眾的abs傳感器功能測試標準，開發(fā)出了滿足要求的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)速度快、運行可靠，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析及存儲，并已經(jīng)在生產(chǎn)線上投入使用。

abs的工作原理

abs最重要的功能并不是為了縮短制動距離，而是為了能夠盡量保持制動時汽車的方向穩(wěn)定性。abs起作用時，車輪與路面的摩擦屬滾動摩擦，它會充分利用車輪與路面之間的最大附著力進行制動，從而提高制動加速度，縮短制動距離，但最重要的還是保證汽車的方向穩(wěn)定性。abs工作時就相當于以很高的頻率進行點剎。于是，在緊急情況下如果將制動踏板踩到底，肯定會感到制動踏板在顫動，同時也會聽到制動總泵發(fā)出的“噠噠”聲，這便是abs在正常工作。制動總泵不斷調整制動壓力，從而對制動踏板產(chǎn)生連續(xù)的反饋力。

測試原理

測試時，abs的旋轉系統(tǒng)被驅動系統(tǒng)帶動以任意方向恒定的速度旋轉。對于mk60型abs傳感器，就是指在沒有制動力的情況下，以恒速139.5r/m旋轉。如圖2所示，分別在接點①和②間（ub）給傳感器施加12vdc和3.3vdc電壓，在旋轉中連續(xù)進行兩次測試，每次測試都要保證測試完整的一周。當abs傳感器感應到發(fā)號片，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ub為12v時，根據(jù)所測得的電壓值計算出方波的頻率、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的占空比。如圖3所示，當ub為3.3v時，根據(jù)所測得的電壓值計算出極對數(shù)和極距間隙。如果這些值在許可的范圍內，就可以判定abs傳感器是合格的。

為了保證測試完整的一周及判斷abs傳感器的極對數(shù)是否正確，必須有一個基準脈沖發(fā)生器，為此，制作了一個有45個齒的齒盤，因為正常時工件的極對數(shù)是43，所以齒盤的齒數(shù)與其相近。該齒盤的齒隙比為1:1，并隨被測試工件一起旋轉，用光電開關檢測基準齒盤的齒數(shù)，只有檢測到45個光電開關的信號，才能確保abs進行了完整一周的測試。該光電開關產(chǎn)生0～24v的序列脈沖，但經(jīng)過接口板的光電隔離后轉換成0～5v的序列脈沖，以下簡稱ref信號，選擇此光電開關時應注意響應頻率要大于45×139.5÷60=105hz。

控制原理

使用ni pci-6220多功能采集卡，將abs信號和ref信號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，為了保證測試精度，設置模擬量的采樣速率為25ks/s，并設置每通道的緩存區(qū)為500ks，可靠地將測試數(shù)據(jù)存儲起來，設置每通道的每次讀取點數(shù)為250s。將測試條件判斷信號和測試結論值以數(shù)字量信號輸出到dio上。為了實現(xiàn)測試電壓的切換、模擬量輸入和數(shù)字量的輸入或輸出，自行設計開發(fā)了接口板，其結構框圖如圖4所示。接口板內有兩個dc/dc模塊，分別用于將24vdc轉換成5vdc和12vdc。5vdc用于多功能采集卡的dio，為了保護ni pci-6220多功能采集卡，對于數(shù)字量輸入使用雙向輸入光電隔離和npn/pnp輸入選擇開關，并將24個數(shù)字量分成16個輸入和8個輸出；輸出部分使用達林頓驅動模塊帶動繼電器輸出。測試電壓要求精度是12±0.1v 和3.3±0.1v，使用兩個電壓調節(jié)器和電位器，以確保將測試電壓調節(jié)到12v和3.3 v。選用安川sgmgh系列伺服電機和sgdm系列伺服控制器，為保持速度恒定。伺服電機選用17位編碼器，應用內部速度控制方式，無須其他控制模塊實現(xiàn)恒定轉速狀態(tài)下的測試。

1 開機運行程序，首先進行程序初始化，包括讀入?yún)?shù)設置值、初始化數(shù)組和簇。
2 測試程序每50ms掃描一次“測試指令”脈沖信號，該脈沖信號至少保持200ms。一旦掃描到“測試指令”脈沖信號，就開始測試。
3 上次的測試結果首先要清零。
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，進行第一次測試，對測試值進行計算。
5 接口板上的繼電器k13保持連接abs傳感器，k1斷開，將電壓切換到3.3v，進行第二次測試，并對測試值進行計算。
6 將計算結果匯總，得出結論。
7 輸出計算結果和測試結論，發(fā)送給plc測試完成及合格與否的i/o信號；在測試軟件的主界面上顯示計算結果和測試結論；將計算結果附加上時間、日期和條形碼一起對應存盤。
8 等待plc的反饋信號，在3s之內，收到plc發(fā)回的“結果收到”信號，則返回步驟2，處于等待“測試指令”脈沖信號，準備下次測試；否則進行報警提示。

程序設計要點

以labview的標準狀態(tài)機為模板，共19個框。建立4個簇作為數(shù)據(jù)的高速公路，它們分別是：abs與ref順序比較、參數(shù)設置、計算結果和測得數(shù)據(jù)。共有15個子程序被調用來完成測試、參數(shù)設置和硬件測試等功能。

顯示畫面可以在“查看數(shù)據(jù)”、“第一次波形”、“第二次波形”和“參數(shù)設置及硬件測試”四個界面間切換。默認畫面是“查看數(shù)據(jù)”，也是主界面，如圖7所示。在默認畫面上顯示出要求測試項目的計算值、測試結果和此次程序運行后測試的數(shù)量、合格的數(shù)量及合格率。在測試過程中，有測試進程顯示。在“第一次波形”和“第二次波形”畫面中顯示出兩次連續(xù)測試的abs信號和ref信號波形。圖8是第一次測試波形。在“參數(shù)設置及硬件測試”畫面中，授權用戶能進行參數(shù)設置。需要對系統(tǒng)進行調試時，能進行硬件測試。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”。

在測試數(shù)據(jù)前面加上日期、時間和被測試件的條形碼一起對應存盤，每測試一次添加一行，在均為80g的c盤和d盤中同時存儲，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，雖然在理論上認為方波信號的上升沿和下降沿是跳變的，如可以說從0v跳變到5v，但是，如果把這個跳變過程放大很多倍，就能捕捉到從0v跳變到5v的中間值，可能是2.7v、3.5v等。就是類似于這樣的跳變過程中的一個值，就是波峰或波谷超限的值。通過對采集數(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，在跳變過程中最多能產(chǎn)生一個中間值，這樣，在程序中將這樣的中間值識別出來并加以過濾，就避免了假的不合格的數(shù)據(jù)參與計算。另外，雖然從宏觀上：如果abs傳感器合格，參考信號有45個齒，abs就應該有43個齒。但是，通過對紙制模型的分析，發(fā)現(xiàn)在采樣開始的瞬間，abs或參考信號（簡稱ref）的相對狀態(tài)不同，計算數(shù)值是不一樣的。即如果脈沖順序判斷結果是ref先于abs，則以ref為基準，在ref=46時，abs=43即為正確；如果脈沖順序判斷結果是abs先于ref，則以abs為基準，在abs=44時，ref=45即為正確；如果脈沖順序判斷結果是abs與ref同時到來，則以abs為基準，在abs=43時，ref=45即為正確。

結束語

實踐證明，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初學者極為有用，實用的裝飾件可以做出美觀實用的界面。圖9是labview塊圖程序。目前，這一abs功能測試系統(tǒng)已經(jīng)交付使用，該系統(tǒng)技術可靠、運行穩(wěn)定、能夠保證測量精度。相對進口的同類設備，雖然采集卡采樣速率都是250ks/s，但是進口設備的a/d轉換分辨率是12位，而ni pci-6220的轉換分辨率是16位，此外，進口設備的價格是本系統(tǒng)的3、4倍，這一系統(tǒng)的成功也給用戶節(jié)省了設備投資。
參考文獻:

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