基于虛擬儀器的ABS傳感器功能測試系統的設計

本設計使用ni pci-6220多功能數據采集卡和labview 7.1開(kāi)發(fā)軟件，根據德國大眾的abs傳感器功能測試標準，開(kāi)發(fā)出了滿(mǎn)足要求的測試系統。該系統速度快、運行可靠，能實(shí)現數據采集、分析及存儲，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(zhù)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)的方向穩定性。abs工作時(shí)就相當于以很高的頻率進(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)總泵不斷調整制動(dòng)壓力，從而對制動(dòng)踏板產(chǎn)生連續的反饋力。

測試原理

測試時(shí)，abs的旋轉系統被驅動(dòng)系統帶動(dòng)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(méi)有制動(dòng)力的情況下，以恒速139.5r/m旋轉。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，在旋轉中連續進(jìn)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(shí)，根據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(shí)，根據所測得的電壓值計算出極對數和極距間隙。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傳感器的極對數是否正確，必須有一個(gè)基準脈沖發(fā)生器，為此，制作了一個(gè)有45個(gè)齒的齒盤(pán)，因為正常時(shí)工件的極對數是43，所以齒盤(pán)的齒數與其相近。該齒盤(pán)的齒隙比為1:1，并隨被測試工件一起旋轉，用光電開(kāi)關(guān)檢測基準齒盤(pán)的齒數，只有檢測到45個(gè)光電開(kāi)關(guān)的信號，才能確保abs進(jìn)行了完整一周的測試。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換成0～5v的序列脈沖，以下簡(jiǎn)稱(chēng)ref信號，選擇此光電開(kāi)關(guān)時(shí)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為500ks，可靠地將測試數據存儲起來(lái)，設置每通道的每次讀取點(diǎn)數為250s。將測試條件判斷信號和測試結論值以數字量信號輸出到dio上。為了實(shí)現測試電壓的切換、模擬量輸入和數字量的輸入或輸出，自行設計開(kāi)發(fā)了接口板，其結構框圖如圖4所示。接口板內有兩個(gè)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)數字量分成16個(gè)輸入和8個(gè)輸出；輸出部分使用達林頓驅動(dòng)模塊帶動(dòng)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(gè)電壓調節器和電位器，以確保將測試電壓調節到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(wú)須其他控制模塊實(shí)現恒定轉速狀態(tài)下的測試。

1 開(kāi)機運行程序，首先進(jìn)行程序初始化，包括讀入參數設置值、初始化數組和簇。
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(kāi)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(jìn)行第一次測試，對測試值進(jìn)行計算。
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)行第二次測試，并對測試值進(jìn)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(shí)間、日期和條形碼一起對應存盤(pán)。
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(jìn)行報警提示。

程序設計要點(diǎn)

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

顯示畫(huà)面可以在“查看數據”、“第一次波形”、“第二次波形”和“參數設置及硬件測試”四個(gè)界面間切換。默認畫(huà)面是“查看數據”，也是主界面，如圖7所示。在默認畫(huà)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量、合格的數量及合格率。在測試過(guò)程中，有測試進(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“參數設置及硬件測試”畫(huà)面中，授權用戶(hù)能進(jìn)行參數設置。需要對系統進(jìn)行調試時(shí)，能進(jìn)行硬件測試。每天以日期為文件的前綴生成數據記錄文件，如“2006-6-3_abs”。

在測試數據前面加上日期、時(shí)間和被測試件的條形碼一起對應存盤(pán)，每測試一次添加一行，在均為80g的c盤(pán)和d盤(pán)中同時(shí)存儲，以保證數據的安全性，便于數據追溯，數據存儲格式如表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(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)對采集數據的分析，發(fā)現根據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別出來(lái)并加以過(guò)濾，就避免了假的不合格的數據參與計算。另外，雖然從宏觀(guān)上：如果abs傳感器合格，參考信號有45個(gè)齒，abs就應該有43個(gè)齒。但是，通過(guò)對紙制模型的分析，發(fā)現在采樣開(kāi)始的瞬間，abs或參考信號（簡(jiǎn)稱(chēng)ref）的相對狀態(tài)不同，計算數值是不一樣的。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(shí)，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(shí)，ref=45即為正確；如果脈沖順序判斷結果是abs與ref同時(shí)到來(lái)，則以abs為基準，在abs=43時(shí)，ref=45即為正確。

結束語(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初學(xué)者極為有用，實(shí)用的裝飾件可以做出美觀(guān)實(shí)用的界面。圖9是labview塊圖程序。目前，這一abs功能測試系統已經(jīng)交付使用，該系統技術(shù)可靠、運行穩定、能夠保證測量精度。相對進(jìn)口的同類(lèi)設備，雖然采集卡采樣速率都是250ks/s，但是進(jìn)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(jìn)口設備的價(jià)格是本系統的3、4倍，這一系統的成功也給用戶(hù)節省了設備投資。
參考文獻:

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