ABS傳感器功能測試系統(tǒng)的設計

    目前，汽車安全件的檢測設備絕大多數(shù)是從汽車制造業(yè)發(fā)達的國家進口的，ABS（Anti-lock Braking System，制動防抱死系統(tǒng)）傳感器的功能測試設備更是如此，因此需要自主開發(fā)一種適合生產環(huán)境、快速、穩(wěn)定、通用的檢測設備，以滿足生產過程中每件必檢的一道工序的需要。

    本設計使用NI PCI-6220多功能數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW 7.1開發(fā)軟件，根據(jù)德國大眾的ABS傳感器功能測試標準，開發(fā)出了滿足要求的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)速度快、運行可靠，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析及存儲，并已經在生產線上投入使用。

ABS的工作原理

    ABS最重要的功能并不是為了縮短制動距離，而是為了能夠盡量保持制動時汽車的方向穩(wěn)定性。ABS起作用時，車輪與路面的摩擦屬滾動摩擦，它會充分利用車輪與路面之間的最大附著力進行制動，從而提高制動加速度，縮短制動距離，但最重要的還是保證汽車的方向穩(wěn)定性。ABS工作時就相當于以很高的頻率進行點剎。于是，在緊急情況下如果將制動踏板踩到底，肯定會感到制動踏板在顫動，同時也會聽到制動總泵發(fā)出的“噠噠”聲，這便是ABS在正常工作。制動總泵不斷調整制動壓力，從而對制動踏板產生連續(xù)的反饋力。

測試原理

    如圖1所示，測試時，ABS的旋轉系統(tǒng)被驅動系統(tǒng)帶動以任意方向恒定的速度旋轉。對于MK60型ABS傳感器，就是指在沒有制動力的情況下，以恒速139.5r/m旋轉。如圖2所示，分別在接點①和②間（UB）給傳感器施加12Vdc和3.3Vdc電壓，在旋轉中連續(xù)進行兩次測試，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，就產生方波的波峰，否則產生波谷，使用115Ω的高精度電阻R取得電壓US。當UB為12V時，根據(jù)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，根據(jù)所測得的電壓值計算出極對數(shù)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。

圖1  ABS傳感器測試系統(tǒng)示意圖

圖2  ABS電路圖

圖3  ABS方波

    為了保證測試完整的一周及判斷ABS傳感器的極對數(shù)是否正確，必須有一個基準脈沖發(fā)生器，為此，制作了一個有45個齒的齒盤，因為正常時工件的極對數(shù)是43，所以齒盤的齒數(shù)與其相近。該齒盤的齒隙比為1:1，并隨被測試工件一起旋轉，用光電開關檢測基準齒盤的齒數(shù)，只有檢測到45個光電開關的信號，才能確保ABS進行了完整一周的測試。該光電開關產生0～24V的序列脈沖，但經過接口板的光電隔離后轉換成0～5V的序列脈沖，以下簡稱REF信號，選擇此光電開關時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(qū)為500kS，可靠地將測試數(shù)據(jù)存儲起來，設置每通道的每次讀取點數(shù)為250S。將測試條件判斷信號和測試結論值以數(shù)字量信號輸出到DIO上。為了實現(xiàn)測試電壓的切換、模擬量輸入和數(shù)字量的輸入或輸出，自行設計開發(fā)了接口板，其結構框圖如圖4所示。接口板內有兩個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(shù)字量輸入使用雙向輸入光電隔離和NPN/PNP輸入選擇開關，并將24個數(shù)字量分成16個輸入和8個輸出；輸出部分使用達林頓驅動模塊帶動繼電器輸出。測試電壓要求精度是12±0.1V 和3.3±0.1V，使用兩個電壓調節(jié)器和電位器，以確保將測試電壓調節(jié)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，無須其他控制模塊實現(xiàn)恒定轉速狀態(tài)下的測試。

圖4  接口板結構框圖

    圖5是測試程序流程圖，圖6是設備全圖，測試具體步驟如下。

圖5  測試程序流程圖

圖6  設備全圖

1 開機運行程序，首先進行程序初始化，包括讀入?yún)?shù)設置值、初始化數(shù)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，進行第一次測試，對測試值進行計算。
5 接口板上的繼電器K13保持連接ABS傳感器，K1斷開，將電壓切換到3.3V，進行第二次測試，并對測試值進行計算。
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間、日期和條形碼一起對應存盤。
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；否則進行報警提示。

程序設計要點

    以LabVIEW的標準狀態(tài)機為模板，共19個框。建立4個簇作為數(shù)據(jù)的高速公路，它們分別是：ABS與REF順序比較、參數(shù)設置、計算結果和測得數(shù)據(jù)。共有15個子程序被調用來完成測試、參數(shù)設置和硬件測試等功能。

    顯示畫面可以在“查看數(shù)據(jù)”、“第一次波形”、“第二次波形”和“參數(shù)設置及硬件測試”四個界面間切換。默認畫面是“查看數(shù)據(jù)”，也是主界面，如圖7所示。在默認畫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(shù)量、合格的數(shù)量及合格率。在測試過程中，有測試進程顯示。在“第一次波形”和“第二次波形”畫面中顯示出兩次連續(xù)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(shù)設置及硬件測試”畫面中，授權用戶能進行參數(shù)設置。需要對系統(tǒng)進行調試時，能進行硬件測試。每天以日期為文件的前綴生成數(shù)據(jù)記錄文件，如“2006-6-3_ABS”。

圖7  主界面

圖8  第一次測試波形

    在測試數(shù)據(jù)前面加上日期、時間和被測試件的條形碼一起對應存盤，每測試一次添加一行，在均為80G的C盤和D盤中同時存儲，以保證數(shù)據(jù)的安全性，便于數(shù)據(jù)追溯，數(shù)據(jù)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，如可以說從0V跳變到5V，但是，如果把這個跳變過程放大很多倍，就能捕捉到從0V跳變到5V的中間值，可能是2.7V、3.5V等。就是類似于這樣的跳變過程中的一個值，就是波峰或波谷超限的值。通過對采集數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)根據(jù)需要的采樣速率和方波的頻率，在跳變過程中最多能產生一個中間值，這樣，在程序中將這樣的中間值識別出來并加以過濾，就避免了假的不合格的數(shù)據(jù)參與計算。另外，雖然從宏觀上：如果ABS傳感器合格，參考信號有45個齒，ABS就應該有43個齒。但是，通過對紙制模型的分析，發(fā)現(xiàn)在采樣開始的瞬間，ABS或參考信號（簡稱REF）的相對狀態(tài)不同，計算數(shù)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，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，REF=45即為正確；如果脈沖順序判斷結果是ABS與REF同時到來，則以ABS為基準，在ABS=43時，REF=45即為正確。

結束語

    實踐證明，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者極為有用，實用的裝飾件可以做出美觀實用的界面。圖9是LabVIEW塊圖程序。目前，這一ABS功能測試系統(tǒng)已經交付使用，該系統(tǒng)技術可靠、運行穩(wěn)定、能夠保證測量精度。相對進口的同類設備，雖然采集卡采樣速率都是250kS/s，但是進口設備的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，進口設備的價格是本系統(tǒng)的3、4倍，這一系統(tǒng)的成功也給用戶節(jié)省了設備投資。

圖9  LabVIEW塊圖程序