基于LabVIEW的ABS車載性能檢測系統(tǒng)設計

左曉芳 , 尤麗華 , 王 云 , 華 軼

(江南大學 機械工程學院, 江蘇 無錫 214122)

汽車ABS防抱死制動系統(tǒng)在汽車實際制動過程中可以防止汽車制動時出現的車輪抱死現象,有效提高汽車制動過程中的操縱穩(wěn)定性保障汽車的行駛安全[1]。但是隨著ABS系統(tǒng)使用時間的增長其工作性能會逐步下降,嚴重時可能導致失靈,給汽車的安全行駛埋下了隱患。因此本文采用LabView圖形化虛擬儀器開發(fā)了汽車ABS在線性能檢測系統(tǒng),采用車載試驗的方式實時的檢測汽車制動過程中的性能參數,與對應的ABS系統(tǒng)參數進行比較,實時的檢測ABS系統(tǒng)的使用性能,及時發(fā)現問題進行維修或更換,保證行駛安全[2]。

1 檢測方案設計

ABS性能測試主要考察汽車裝用ABS系統(tǒng)之后,汽車在直線行駛中遇到緊急情況剎車時ABS系統(tǒng)的工作性能,主要體現在汽車的方向穩(wěn)定性和制動距離兩方面。本系統(tǒng)在對ABS性能參數的檢測方法進行設計時,首先確定了最能表征ABS的系統(tǒng)的制動性能和方向穩(wěn)定性的最大制動距離、滑移率、側偏量、側偏角作為ABS待測性能參數,然后根據各參數的特點設計了對應的檢測方案。使檢測系統(tǒng)工作時能夠及時正確的響應,保證采集到的數據的完整性,同時選用安裝方便且符合車載檢測快速不解體安裝要求的傳感器,符合運動學原則。

1.1 制動性能參數檢測方案確定

制動性能參數主要包括最大制動距離和滑移率。制動距離是指汽車在剎車過程從開始踩住制動踏板起到完全停止所能前進的最大距離,決定汽車制動距離的主要因素有起始制動車速、制動時間、附著力大小[3]。本系統(tǒng)利用車速與制動距離的關系,在車尾安裝第五輪儀實時的采集車身速度,從踩下制動踏板開始,啟動速度采集程序,實時的顯示對應時刻的速度值,同時利用積分的方法,實時對汽車的速度在時間域進行積分運算,直到汽車完全停止為止,最終得到汽車的最大制動距離。此方案可以有效避免車輪半徑和車輪滑動的影響,只要實時的對車身速度進行積分運算就可以準確的得到汽車的制動距離曲線,操作方便不受干擾;滑移率指汽車在運動過程中滑動成分所占的比例,是保證汽車在制動過程中能否工作在穩(wěn)定區(qū)的主要因素,也是體現制動效果的關鍵因素之一[4]。本系統(tǒng)根據滑移率的定義,利用ABS的車輪角速度傳感器和車尾安裝的第五輪儀實時檢測出車輪角速度和車身速度,經過采集系統(tǒng)和信號處理之后,通過labview數學節(jié)點,實時的得到汽車在制動過程中的滑移率曲線。

1.2 方向穩(wěn)定性能檢測方案確定

2 檢測系統(tǒng)設計

2.1 硬件檢測系統(tǒng)設計

為使系統(tǒng)的測量精度在最大程度上得到提高,本系統(tǒng)采用了車載試驗的方法[5]。根據上述ABS性能參數的檢測方案,系統(tǒng)的硬件設計主要包括傳感器選擇、信號調理和數據采集卡的選擇。檢測系統(tǒng)總體硬件組成如圖1所示。在設計過程中根據各個性能參數的特點,首先從精度、價格等方面通過對比選擇出了最能滿足測量性能的傳感器,主要包括MLA-1KNA踏板力傳感器、接觸式第五輪儀車速傳感器、輪速傳感器、壓電式加速度傳感器和光電式方向盤轉角傳感器。然后根據傳感器輸出信號的類型,針對模擬和數字信號設計了不同的信號調理電路,主要包括信號的放大、濾波、隔離。最后本系統(tǒng)采用滿足車載試驗便攜性要求且與DAQ配套的USB接口的方式的USB-7000系列數據采集卡。它既能實現對車速、輪速和方向盤轉角數字信號的直接采集,又能利用其模擬輸入功能將踏板力和加速度模擬信號轉化為計算機能夠識別的數字信號,保證采集到的信號能夠與計算機之間進行準確的通信。

圖1 系統(tǒng)總體硬件組成Fig. 1 Diagram of overall hardware system

2.2 Labview軟件平臺設計

車載系統(tǒng)的整體軟件檢測流程如圖2所示,測試系統(tǒng)上電以后,先對系統(tǒng)進行初始化,進入主界面首先選定待測量,然后進行一系列的參數設置包括被測信號通道的選擇、采樣參數的設置、觸發(fā)方式、測試時間段長度等的設置,然后進入測試狀態(tài),開始相應信號的數據采集、信號調理、信號分析和數據存儲,實時的得到表征ABS系統(tǒng)性能的特征曲線。

圖2 檢測系統(tǒng)流程圖Fig. 2 Diagram of program flow

2.2.1 主界面設計

針對ABS性能參數的特點,本系統(tǒng)設計了基于LabVIEW的汽車ABS性能測試系統(tǒng)的主界面,采用選項卡控件依次設計了“登錄系統(tǒng)”、“通道配置”、“數據采集”、“濾波”、“數據分析”、“歷史數據”6個界面,可以較好的實現數據采集的功能和實際應用。在實際操作時,點擊相應的按鈕即可進入對應的子程序界面,進行相應的系統(tǒng)操作,完成對信號的采集分析和存儲,同時用戶可根據需要及時的查詢系統(tǒng)數據,當系統(tǒng)任務結束后點擊“退出系統(tǒng)”即可。通道配置是啟動和停止數據采集的相關界面,該界面可以為數據采集過程提供數據采集卡的參數配置,對相關的參數設置好后,就可以啟動數據采集,得到相應的信號特征。主要包括物理通道的選擇、通道數據保存的開關和時間間隔、采樣模式、采樣輸入方式配置、采樣頻率和最大值最小值設定。實時數據采集界面是啟動采集之后對采集的結果進行實時顯示的界面,通過界面上的波形圖能準確的實時顯示踏板壓力、車身速度和車輪速度的性能動態(tài)曲線,實現對各個性能參數的采集[2]。實時數據顯示界面如圖3(a)所示;數據分析的顯示界面如圖3(b)所示;它可以實現對于ABS系統(tǒng)各個性能參數曲線的實時顯示，通過對采集到的速度、加速度信號進行相關的數據計算，得到對應的滑移率曲線、制動距離、車輪加速度和車輪位移的波形實時顯示。

2.2.2 檢測程序設計

檢測系統(tǒng)程序主要包括測試程序和數據保存、查詢程序。測試程序主要包括數據采集、濾波程序、數據分析程序,具體程序如圖4所示。數據采集程序可以有效實現車速、輪速以及加速度的多通道同時采集,實時顯示車載過程中檢測到的車速和輪速信號曲線。再將采集到的信號經過濾波之后將送入到數據分析系統(tǒng)得到對應的制動距離曲線和滑移率曲線,實現ABS性能參數的采集和分析。最后為了對ABS系統(tǒng)性能參數的數據更好分析,需要及時的把檢測數據保存到數據庫中,方便數據的查詢和調用。本系統(tǒng)利用Labview與數據庫的鏈接功能,及時的把檢測數據保存到數據庫表格中,同時利用歷史查詢功能可以及時的對保存的性能參數進行查詢。

圖3 系統(tǒng)主界面Fig. 3 Main interface

圖4 數據采集分析程序Fig. 4 Data collection and analysis procedures

2.3 車載試驗驗證

為驗證檢測系統(tǒng)的有效性,本設計進行了具體的車載試驗。在試驗過程中汽車的車輪滾動半徑為0.26 m,車輪轉動慣量為21。在潮濕路面上以20 m/s的初始度進行制動,得到了制動過程中對應的車速輪速曲線、滑移率曲線和制動距離曲線。具體曲線如圖5所示。從實驗所得曲線可以看出:輪速能夠滿足始終低于車速的要求;滑移率始終在0.2上下波動滿足最佳滑移率的范圍要求;剎車過程所用時間為的3.5 s,對應的最大制動距離為52.89 m,在較短的時間內獲得了最短的制動距離。由對應性能曲線可以得出防抱死制動系統(tǒng)制動性能優(yōu)良,ABS控制器在整個剎車制動過程中防抱死的作用發(fā)揮良好,能夠保證輪胎獲得最大的地面制動力,從而獲得最短的制動距離。

圖5 車載試驗結果Fig. 5 Car test results

3 結 論

文中設計的基于LabVIEW的汽車ABS車載性能測試系統(tǒng)檢測方法簡單、系統(tǒng)構成緊湊、具有柔性擴展功能強、操作容易、開發(fā)成本低、周期短、攜帶方便等優(yōu)點,并且克服了目前臺架檢測方式中需要模擬不同路面的附著系數且模擬不準確的難題,使得ABS性能檢測系統(tǒng)能夠在汽車實際行駛過程中進行性能檢測和試驗,實時的檢測出ABS系統(tǒng)的性能狀況,為ABS系統(tǒng)故障檢測奠定了基礎,經過試驗本系統(tǒng)性能可靠,既可用于企業(yè)生產、售后檢測維修,還可用于教學、培訓系統(tǒng)。

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