一個(gè)基于LabVIEW的ABS傳感器測(cè)試系統(tǒng)

張宏宇

摘 要：本測(cè)試系統(tǒng)涉及一種汽車ABS輪速傳感器測(cè)試系統(tǒng)，本測(cè)試系統(tǒng)采用工控機(jī)控制，采用LabVIEW編程，對(duì)工件進(jìn)行全自動(dòng)化測(cè)試 ，測(cè)試精度高，控制靈活，操作方便，可重復(fù)性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：ABS；輪速傳感器；LabVIEW；測(cè)試系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.232

0 緒論

ABS（antilock braking system），又稱防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，是一種應(yīng)用于汽車上的高技術(shù)制動(dòng)系統(tǒng)。而其中的輪速傳感器，是該系統(tǒng)中重要器件。通過(guò)輪速傳感器，采集汽車車輪的轉(zhuǎn)速，通過(guò)控制單元控制調(diào)節(jié)制動(dòng)力，從而使汽車能夠短矩離、安全的制動(dòng)。

傳統(tǒng)的測(cè)試方法為人工轉(zhuǎn)動(dòng)齒圈，通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量信號(hào)電壓，通過(guò)示波器監(jiān)視波形，而該測(cè)量方法測(cè)量緩慢，數(shù)據(jù)不易統(tǒng)計(jì)，且周期時(shí)間，齒圈個(gè)數(shù)等都不易測(cè)量。而通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)齒圈旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)測(cè)量時(shí)，又易引入干擾，使數(shù)據(jù)測(cè)量不夠準(zhǔn)確，而現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)中，對(duì)干擾采用的信號(hào)調(diào)理時(shí)，又多采用硬件濾波的方式，會(huì)一定程度上改變信號(hào)的特性，從而影響上升、下降時(shí)間等參數(shù)的測(cè)量。

本文介紹了一種測(cè)量系統(tǒng)，采用全自動(dòng)測(cè)量方式，自動(dòng)上下工件，方便快捷，利用以LabVIEW編程的上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化濾波，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)的精確，完整，可追溯性強(qiáng)。

1 輪速傳感器的測(cè)量原理

ABS輪速傳感器的測(cè)量原理如下圖1所示：

Uv為傳感器供電電壓12V；Rm為檢測(cè)電阻75Ω；Urm為信號(hào)電壓，自電阻兩端獲得，是測(cè)試中所需要測(cè)試的參數(shù)；Ilow，Ihigh為實(shí)時(shí)信號(hào)值，其中典型值為Ilow=7mA，Ihigh =14mA，電流值通過(guò)Urm和Rm換算得到。

接通供電，通過(guò)旋轉(zhuǎn)制動(dòng)盤(pán)齒圏，氣隙遠(yuǎn)近的周期性變化，會(huì)得到測(cè)量波形如下圖2所示，

如圖所示，Ihigh為信號(hào)高電平，Ilow為信號(hào)低平，Tr為信號(hào)上升時(shí)間，Tf為信號(hào)下降時(shí)間，t1為信號(hào)高電平時(shí)間，T為信號(hào)周期，Tv=t1/T為占空比。以上參數(shù)為輪速傳感器的判定參數(shù)。

2 測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成

本文中介紹的系統(tǒng)主要包含以下部分：工控機(jī)，板卡，氣缸，測(cè)試機(jī)架，電機(jī)，線性電源，傳感器組，等部分組成。

工控機(jī)為研華的工控機(jī)，采用NI 的LabVIEW進(jìn)行編程，為本測(cè)試系統(tǒng)的主要控制部分。

板卡有NI的高速模擬量采集卡、模擬量輸出卡和研華的IO繼電器卡。模擬量采集卡用于采集輪速傳感器信號(hào)通過(guò)采樣電阻后的電壓信號(hào)，模擬量輸出卡用于提供校準(zhǔn)電壓，IO繼電器卡為輸入輸出24V信號(hào)，用于接收傳感器信號(hào)并控制氣缸動(dòng)作等。

氣缸由閥島控制，分為舉升氣缸，缷載氣缸，加電氣缸，壓緊氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸。

測(cè)試機(jī)架包含測(cè)試臺(tái)面，配電柜，并包含各氣缸組成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

電機(jī)采用的西門子伺服電機(jī)，旋轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定，速度可控，精度高。用于帶動(dòng)工件齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成方波測(cè)量信號(hào)。

線性電源分為12V和24V。12V電源采用的GW的線性可調(diào)電源，用于給輪速傳感器供電。24V采用的朝陽(yáng)電源為系統(tǒng)IO點(diǎn)等其他用電電源。

傳感器組為各氣缸到位信號(hào)傳感器，檢件傳感器等。

測(cè)試系統(tǒng)主要?jiǎng)幼髁鞒倘缦拢海?）檢測(cè)工件傳感器檢測(cè)工件到位后，舉升氣缸將工件舉起，脫離傳輸線。本文中所指工件為己安裝好ABS傳感器的制動(dòng)總成；（2）缷載氣缸伸出，舉升氣缸縮回，將工件放置在固定的缷載模塊上以便穩(wěn)定測(cè)量；（3）壓緊氣缸伸出，壓緊工件，防止工件在接下來(lái)的測(cè)試過(guò)程中發(fā)生機(jī)械振動(dòng)。加電氣缸伸出，將測(cè)試電極與輪速傳感器的信號(hào)端口相連；（4）旋轉(zhuǎn)氣缸伸出，伺服電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工件齒圈旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生波形；（5）模擬量板卡采集電壓波形，取出工件旋轉(zhuǎn)一圈的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)字化濾波；（6）測(cè)試停止，進(jìn)行數(shù)據(jù)判定和測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。判定范圍用戶可設(shè)；（7）不合格則報(bào)警，合格則各氣缸回原位，工件放行。

3 測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)的軟件功能包括測(cè)試功能，數(shù)據(jù)管理功能，用戶管理功能，校準(zhǔn)功能等。

測(cè)試功能包含自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試。手動(dòng)測(cè)試為人工操作時(shí)，通過(guò)點(diǎn)擊屏幕按鈕，手動(dòng)操作各氣缸動(dòng)作，手動(dòng)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)起停等。自動(dòng)測(cè)試為自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下料，自動(dòng)完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程。

下圖3本系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試界面：

本系統(tǒng)中可以測(cè)量Ihigh最大值，Ihigh最小值，Ilow最大值，Ilow最小值，上升時(shí)間最大值，上升時(shí)間最小值，下降時(shí)間最大值，下降時(shí)間最小值，占空比最大值，占空比最小值，脈沖個(gè)數(shù)（齒圈對(duì)數(shù)）。在測(cè)量過(guò)程中還會(huì)時(shí)時(shí)顯示波形以便用戶觀測(cè)。伺服電機(jī)帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)速度用戶可以在系統(tǒng)里自行設(shè)置，默認(rèn)為60rpm。

數(shù)據(jù)管理功能包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)查詢、追溯，數(shù)據(jù)報(bào)表，SPC分析等功能，且可以導(dǎo)出至excel文件，通過(guò)以太網(wǎng)或U口導(dǎo)出。下圖4為數(shù)據(jù)查詢部分界面。

用戶設(shè)置功能包含用戶的添加、刪除、密碼修改，電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)置，數(shù)據(jù)判定范圍的設(shè)置，采樣率的設(shè)置等。

校準(zhǔn)功能為用戶任意設(shè)定一定幅值、頻率的波形，通過(guò)模擬量輸出板卡輸出，之后再由本系統(tǒng)的模擬量采集卡采集輸入，進(jìn)行判定，如誤差超過(guò)設(shè)置范圍，則報(bào)警，通知管理人員進(jìn)行分析維護(hù)。

另外，本系統(tǒng)還包含數(shù)據(jù)濾波模塊。其中，濾波算法中應(yīng)用了LabVIEW里自帶的FFT模塊。FFT是離散傅立葉變換的快速算法，是把一個(gè)時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻率里進(jìn)行分析。在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)的噪聲，機(jī)械的振動(dòng)等都會(huì)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)帶來(lái)干擾，本系統(tǒng)對(duì)無(wú)效的頻率拋棄，而后對(duì)有效的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行還原。部分濾波程序見(jiàn)下圖5。

濾波對(duì)比見(jiàn)下圖6，其中紅色為帶干擾波形，藍(lán)色為還原后波形，如圖所示，濾波后的數(shù)據(jù)可以去掉干擾。

4 結(jié)論

綜上所述，本文所述的的測(cè)試系統(tǒng)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，簡(jiǎn)化了測(cè)試過(guò)程，工作穩(wěn)定，節(jié)省成本，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)線上大批量的在線檢測(cè)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]林游，張俊杰，易凡.霍爾傳感器信號(hào)采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（04）：199-202.

[2]陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設(shè)計(jì)從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3]錢同惠.數(shù)字信號(hào)處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.