轎車座椅測試設備設計

關鍵詞：Rockwell Allen-Bradley PLC ;工控機;LabVIEW ;數(shù)據(jù)采集

0 引言

座椅屬于汽車的基本內(nèi)飾件，也是重要的安全部件。在汽車行使過程中，它將人體和車身固定在一起，直接決定了車內(nèi)乘員的駕乘舒適性和安全性。奔馳在1886年制成的世界上最早的汽車，其座墊是用棉花、谷物桿子等軟材料制成，用木板和木條制成靠背。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，隨著技術不斷發(fā)展進步，人的思想和需求也越來越高。汽車座椅不僅僅是乘坐和美觀的需求，更重要的是關系到汽車的駕乘安全性和舒適性，是集控制工程、人機工程及機械振動等融為一體的系統(tǒng)工程產(chǎn)品。本文主要討論、研究座椅測試設備的測試原理及相關的軟、硬件設計與研究。

1 轎車座椅測試系統(tǒng)的設計要求

本文的主要任務是根據(jù)李爾的某項目，設計汽車座椅電功能的綜合性能檢測設備。座椅電功能的測試項目，分別是對座椅滑道電機、座盆電機、升降電機、靠背電機、震動電機、SBR感應墊、安全氣囊、安全插扣、加熱墊、加熱模塊、記憶模塊以及線束等進行檢測與數(shù)據(jù)存儲。設計的要求是檢測座椅各電阻功能與各電流功能。

1.1 測試方法、原理

1.1.1 電阻的測試項

電阻的測試項有SBR感應墊、安全氣囊、安全插扣及線束搭鐵。筆者采用4端子測試法測量電阻，可以精確測量不同阻值的線圈，如電機、變壓器等;還可以測試繼電器、開關及插接器的接觸電阻，芯片電感的直流電阻，打印機基板的圖形電阻，以及各種電阻器的出廠檢查等。該儀器具有溫度補償、比較器及數(shù)據(jù)輸出等功能。因為4端子測試法較好地避免了導線電阻和接觸電阻的影響，能夠減小誤差，因此廣泛地應用于各種設備的電阻測試中，可有效應用于制造、檢查生產(chǎn)線，以及系統(tǒng)行業(yè)等的電阻計（圖1）。

1.1.2 電流的測試項

電流的測試項有座椅滑道電機、座盆電機、升降電機、靠背電機、震動電機、加熱墊、加熱模塊及記憶模塊。電流的測試是通過軟件和控制回路驅(qū)動座椅上電機、風扇等的正常工作，供電電壓13.5V，然后通過分流器來測量出當前的直流電流（圖2）。也就是說要測量一個比較大的直流電流，但是很難找到那么大量程的電流表進行電流的測量，此時我們就要采用分流器來幫助解決。分流器是一個可以通過大電流的精確電阻，當電流通過這個分流器時，在它的兩端就會有一個毫伏級的電壓，于是用毫伏電壓表來測量該電壓，再將這個電壓值換算成電流值，此時就完成了大電流的測量。分流器就是一個能夠通過極大電流的電阻，一般15A、20A及35A的電流表都需要使用分流器。分流器的阻抗為表頭標志滿度電壓除以表頭滿度電流，阻抗恒定后根據(jù)歐姆定律U=IR，電流與電壓成正比，電流為線性電壓也呈線性，所以就可以用一個電壓表顯示當前電流值。所以，使用的電流表實際上是一塊電壓表。

按照座椅的工作原理與要求，對檢測設備的機械結(jié)構(gòu)、電氣原理完成了設計并進行了組裝。同時，充分發(fā)揮軟件LabVIEW虛擬儀器所具有的響應速度快、重復性好、測量精度高、系統(tǒng)組建時間短和功能易于擴展等優(yōu)點，開發(fā)了座椅電功能的檢測設備。通過ABPLC與PC機強大的運算功能和圖像顯示功能，進行復雜的信號分析處理和信號的動態(tài)顯示及數(shù)據(jù)存儲[1]。課題各參數(shù)范圍的規(guī)定如表1所示

1.2 座椅測試系統(tǒng)硬件設計

測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計如圖3所示，設備的硬件結(jié)構(gòu)設計如圖4所示。本設備裝置主要由測試手柄、ABPLC、激光位移傳感器、機械機構(gòu)和導軌等構(gòu)成。該設計選用研華工控機、VCI通訊模塊、現(xiàn)場顯示器、打印機和掃描槍等組成，主要動作實現(xiàn)座椅常規(guī)功能電檢、CAN通信初始化、SBR負載、座椅發(fā)運位置控制以及本地和遠程數(shù)據(jù)管理[2]。

1.3 座椅振動電機測試的設計

該測試設備主要的系統(tǒng)硬件部分由美國AB系統(tǒng)PLC、激光位移傳感器、聲級計、觸摸屏顯示器、數(shù)據(jù)采集卡和研華工控機組成。該系統(tǒng)中控制部分使用了PLC系統(tǒng)來驅(qū)動氣缸動作、電機啟停和正反轉(zhuǎn)的控制。而檢測傳感器則采用日本基恩士（Keyence）位移傳感器作為振動信號輸入信號，如圖5所示。

（1） 該座椅測試系統(tǒng)硬件，選用日本基恩士（Keyence）公司的高精度激光位移傳感器來測量電機垂直和水平方向上的振動位移輸入信號。

（2） 該系統(tǒng)選用的是紅聲器材廠HS78990A型精密數(shù)字聲級計，由電表及液晶顯示器同時讀出測量結(jié)果。測量時把旋鈕調(diào)整到B 擋，數(shù)據(jù)讀出的是B 計權(quán)聲級數(shù)。

（3）該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡選用的是研華PCI-1711L數(shù)據(jù)采集卡，將采集卡插在PCI插槽上即可。

（4）該系統(tǒng)選用的PLC型號是AB1200系列，接受由掃描系統(tǒng)發(fā)出的測試開始信號，同時啟動電機和LabVIEW程序，并接收手動座椅開關信號，控制座椅電機的轉(zhuǎn)向。

（5）工控機是整個座椅測試系統(tǒng)的大腦，在程序中完成各命令信號接收、測試數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存盤、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?。由于普通計算機在工廠現(xiàn)場會遇到電磁干擾、振動、噪聲及潮濕空氣等惡劣工作環(huán)境，一般商用計算機很難保證在這樣的環(huán)境下正常工作，因此選用臺灣研華工業(yè)控制計算機（簡稱工控機）[3]。

1.4 測試系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設計

1.4.1 測試主電路設計

主電路主要由研華工控機、VCI通訊模塊、ABPLC、顯示器、打印機、掃描槍、漏電斷路器、噪音濾波器、接觸器及電抗器等組成。

ABPLC（帶以太網(wǎng)接口，用于和裝配線體PLC互鎖），使用施耐德及其旗下品牌系列電控元器件，使用施耐德漏電保護元件，使用歐姆龍等傳感元器件，壓著端子動力用“O”形，信號用“Y”形，壓著端子和端子排用杰世騰等質(zhì)量信得過的品牌產(chǎn)品。直流電源采用專業(yè)的大功率產(chǎn)品（該電源必須具備短路、過流和過壓保護功能），交流電源穩(wěn)壓UPS電源和空調(diào)冷卻裝置使用威圖產(chǎn)品。

以條碼掃描方式確認座椅類型，在上位機界面上顯示掃描的座椅條碼內(nèi)容及座椅配置。正確連接測試線束，啟動測試過程完成電動座椅和手動座椅的測試，實時顯示測試狀態(tài)及測試結(jié)果。測試過程結(jié)束后，與流水線MES控制系統(tǒng)連鎖，將測試參數(shù)結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫[4]。

1.4.2 控制電路設計

控制回路主要由繼電器、接觸器、斷路器、各種傳感器、開關電源、電阻表、電流表及分流器等組成。用4端子測試法測量電阻，可以精確測量出座椅各元器件的電阻。通過分流器原理，電壓換算成電流，可以測量電機的工作電流，即完成了大電流的測量。

2 系統(tǒng)調(diào)試

通過LabVIEW的carseattestsystem測試軟件，首先打開軟件，通過登錄賬戶進入系統(tǒng)（圖6）。然后進行系統(tǒng)基礎配置的設定（圖7），如掃描接口、打印機接口及電阻儀接口等。再將座椅上的二維碼配置添加進去，分為主座椅、副座椅、氣囊、安全插扣、加熱墊及8向電機等。添加完這些配置后，再把各個參數(shù)添加進去（圖8）。最后掃描座椅上的二維碼，識別出不同配置的座椅信息，自動進入測試階段（圖9）。按照座椅程序的測試流程，測出各個電流值或電阻值，判斷座椅的電功能是否合格，從而達到測試需求。測試過程結(jié)束后，與流水線LPS控制系統(tǒng)連鎖，將測試參數(shù)結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫[5]。

3 結(jié)論

本文結(jié)合上海達盾自動化科技有限公司與上海李爾汽車系統(tǒng)座椅有限公司的企業(yè)項目，對座椅的電功能測試系統(tǒng)進行了開發(fā)，并引進IS02631《人體承受全身振動評價指標》和《工業(yè)企業(yè)界標準》作為電機性能的評判標準。本設備系統(tǒng)在實際應用中運行穩(wěn)定、顯示正常，論文的總結(jié)如下。

（1）完成數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)的設計與搭建，并分別介紹了各功能。在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下的非NI數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動方法，并應用動態(tài)鏈接庫（DLL）技術和USB通訊技術，節(jié)約了成本，降低了費用。采用DataSocket通訊方式，使用戶即使不在現(xiàn)場也能實時了解檢測的信息，對于檢測系統(tǒng)具有很高的實用價值。開發(fā)了基于LabVIWE的數(shù)據(jù)采集、顯示及存儲和查詢軟件，應用LabVIEW@Analyze功能，開發(fā)針對檢測實驗的數(shù)據(jù)分析軟件。

（2）根據(jù)振動和噪聲產(chǎn)生的機理，對各部分噪聲和振動做了頻譜分析，為電機各部分振動和噪聲性能提供了參考。

（3）應用該虛擬儀器技術實現(xiàn)了座椅電機故障聲音檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件架構(gòu)簡單，適應性較強。

（4）采用LabVIEW軟件平臺開發(fā)，使用方便、效率高，可測量出座椅的各電阻、電流值。