任曉景，王帥

（武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，湖北武漢430070）

在現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)中，車輪轉(zhuǎn)速信號是眾多控制系中最為關(guān)鍵的信息。制動防抱死系統(tǒng)（Antibraking System，ABS）在其工作過程中離不開對轉(zhuǎn)速的測定，同時，轉(zhuǎn)速信息也是現(xiàn)代汽車動態(tài)控制（Vehicle Dynamic Control，VDC）和汽車電子穩(wěn)定程序（Electronic Stability Program，ESP）系統(tǒng)所必須的參數(shù)，因此獲取準確的轉(zhuǎn)速信息非常關(guān)鍵，進而設(shè)計出能夠準確檢測轉(zhuǎn)速傳感器的試驗臺具有十分重要的現(xiàn)實意義[1]。

鑒于上述原因，設(shè)計出一種基于LabVIEW的車速傳感器測試臺，能夠簡單有效地檢驗被測傳感器是否合格，同時給出包括信號波形在內(nèi)的測試數(shù)據(jù)。該試驗臺用途廣泛，既可以測試傳統(tǒng)的磁電式車速傳感器電阻與輸出信號，又可以測試新型霍爾式車速傳感器的輸出信號；同時借助LabVIEW軟件實現(xiàn)了良好的用戶操作界面，方便操作。

1 測試系統(tǒng)總體及機械結(jié)構(gòu)

圖1即汽車轉(zhuǎn)速傳感器試驗臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)測試要求，測試時的轉(zhuǎn)速需穩(wěn)定在75 r·min-1，為了提供穩(wěn)定的測試轉(zhuǎn)速，設(shè)計采用減速電機作為動力源，同時在電機軸一側(cè)設(shè)計一個支座，使之與ABS齒圈相配合，這樣既保證了測試轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，又減小了整個系統(tǒng)的體積。測試中對待測傳感器與齒圈的間距要求精度較高，為此設(shè)計了一套基于千分尺的高精度進給機構(gòu)，通過控制進給機構(gòu)上的千分尺實現(xiàn)精確控制傳感器進退的目的，保證測試距離的精確性。測試臺系統(tǒng)的三維造型圖如圖2所示。

圖1 轉(zhuǎn)速傳感器試驗臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 轉(zhuǎn)速傳感器測試臺總裝圖

2 測試系統(tǒng)控制及信號調(diào)理電路

測試系統(tǒng)控制及信號調(diào)理電路圖如圖3所示。圖中K1為測量轉(zhuǎn)換開關(guān)，當IOOutput1輸出信號為1時，3號和6號引腳接通，此時，通過ADR1和ADR2處輸出的信號，可以計算出傳感器的電阻值。既保證了測試的傳感器的電阻為無源電阻，同時又不需將傳感器拆卸后單獨測量，便于與LabVIEW進行配合，達到了簡單精確的測試目的。

當IOOutput1輸出信號為0時，2號及5號引腳被接通，這時轉(zhuǎn)速傳感器輸出的電信號進入運算放大器LM324中進行放大。若傳感器的電壓值小于1V，為保證測試精度，對輸入的信號進行升壓，使電壓達到2.5V左右，確保測量準確。[2]采用比例電路通過選擇合適的電阻，將傳感器的信號電壓升壓，然后經(jīng)過集成運放LM324處理，最后將處理后的信號提供給數(shù)據(jù)采集卡。

圖3 測試系統(tǒng)控制及信號調(diào)理電路圖

3 基于LabVIEW的測試系統(tǒng)界面及程序設(shè)計

3.1 測試系統(tǒng)前面板界面設(shè)計

測試系統(tǒng)用戶界面在保證必要功能控件的前提下，還需要盡量簡潔明了便于操作。本系統(tǒng)有用戶登錄、數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設(shè)置、傳感器測量、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)儲存等5大功能[3]。為了能夠使各個功能獨立清晰地顯示，在前面板中采用了選項卡控件，使各個功能得以歸類。同時由于測試中最為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)是波形，所以將波形圖單獨顯示，并且分為單次采樣波形、連續(xù)采樣波形及最值波形3個波形圖，更加直觀地顯示出測試結(jié)果[4]?；贚abVIEW的測試系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 基于LabVIEW的測試系統(tǒng)界面

3.2 測試系統(tǒng)程序設(shè)計

對于測試系統(tǒng)，在確定待測傳感器個數(shù)后，及將依次執(zhí)行無源電阻測量及傳感器信號測量。傳感器電阻測量模塊，根據(jù)圖3的電路設(shè)計，將ADR1和ADR2處的信號輸入USB4702數(shù)據(jù)采集卡，按照式（1）進行計算后即可得到相應(yīng)結(jié)果。

傳感器信號采集及檢測模塊的主要功能是：將經(jīng)過放大后的信號完整顯示出來，同時計算出波形的頻率與峰值，判定其是否在要求的范圍內(nèi)，最后通過直觀的紅綠燈的顯示給出相應(yīng)的測量結(jié)果。[5]程序的具體實現(xiàn)過程如圖5所示。對測量中需要儲存的數(shù)據(jù)，程序中采用寫入測量文件VI進行保存。測試程序在部分細節(jié)方面做了處理，例如使用屬性節(jié)點將設(shè)定值的范圍清晰標出，便于觀察；將每次得到的波峰波谷以波形顯示，可以直觀地觀察到傳感器測量的波動情況。

圖5 傳感器測試數(shù)據(jù)處理程序流程圖

4 轉(zhuǎn)速傳感器性能分析

本系統(tǒng)主要測試對象是磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，該傳感器在汽車后輪的安裝方式如圖6所示。ABS齒圈與輪轂固定連接，轉(zhuǎn)速傳感器固定于支座上。當車輪轉(zhuǎn)動時，ABS齒圈相對于齒圈做周期性轉(zhuǎn)動，由齒圈旋轉(zhuǎn)引起磁場的變化，進而通過繞組產(chǎn)生周期性的電壓變化，通過相關(guān)的電路和函數(shù)可以得到轉(zhuǎn)速信息。[6]

圖6 后輪轉(zhuǎn)速傳感器的安裝位置

轉(zhuǎn)速傳感器安裝測試要求如表1所示。在規(guī)定的安裝情況下，所產(chǎn)生的交變電壓幅值取決于頻率f、溫度和空間間隙S；在規(guī)定的頻率、間隙和溫度條件下傳感器輸出峰值電壓必須滿足表2要求。傳感器和電纜線的阻值在20±5℃測得，電阻值R（20℃）必須滿足其變化值在1100±110Ω范圍之內(nèi)。其他環(huán)境溫度下，傳感器電阻可按式（2）計算：

式中：RT為不同溫度下的電阻值；TS為傳感器工作溫度。

表1 傳感器安裝測試要求

表2 傳感器信號輸出

本試驗臺采用LabVIEW作為上位機開發(fā)軟件，使測試程序具有良好的人機交互性操作簡單，數(shù)據(jù)存儲與讀取容易。而采用USB4702數(shù)據(jù)采集卡使得傳感器信號可以真實地被上位機讀取和處理，實現(xiàn)實時監(jiān)控。同時其多路輸入與輸出功能又可以使數(shù)據(jù)采集卡得到充分的利用，能夠提高測試效率，為進一步開發(fā)提供了條件。傳感器實測界面如圖7所示。

圖7 傳感器實測界面

5 結(jié) 論

通過實驗結(jié)果可以得到：1）該測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)通過控制繼電器轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速傳感器無源電阻以及動態(tài)信號的測量。2）在傳感器與齒圈間距離確定的情況下，轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號的頻率隨轉(zhuǎn)速的增大而增大；同樣當轉(zhuǎn)速一定時，信號的幅值隨間隙距離的增大而減小。3）通過判斷待測試值是否在規(guī)定范圍內(nèi)時，即能準確地判斷傳感器是否合格。本套測試系統(tǒng)成本低，可操作性好，為轉(zhuǎn)速傳感器的后續(xù)開發(fā)提供了一個良好平臺。

[1]胡興軍，子蔭.汽車傳感器發(fā)展綜述[J].重型汽車，2004（2）：27-28.

[2]李俊松，宋仲康.汽車車速傳感器測試系統(tǒng)的開發(fā)[J].汽車電器，2002（2）：13-15.

[3]陳彥夫.ABS輪速傳感器的性能試驗研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2008.

[4]劉剛，王立香，張連俊.LABVIEW 8.20中文版編程及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[5]Masao Watanabe，Noboru Noguchi.A New Algorithm for ABS to Compensate for Road—Disturbance[J].SAE 900205.

[6]Zhu Weibin,Li Dongsheng，Chen Yongliang.Study on ABS Performance Detection System[C].Proceedings of the 3rd International Symposium on Instrumentation Science and Technology，2004.