潘曉紅，余文濤，曾慶文

（柳州五菱汽車聯(lián)合發(fā)展有限公司 制動器廠，廣西 柳州 545007）

柳州五菱汽車聯(lián)合發(fā)展有限公司是汽車零部件專業(yè)設(shè)計生產(chǎn)廠家，前懸及制動部件總成為主要產(chǎn)品之一，已成功為多個車型進(jìn)行了匹配設(shè)計，并總結(jié)出許多寶貴的設(shè)計經(jīng)驗。但公司目前尚未有辦法對關(guān)鍵產(chǎn)品——前懸及制動部件總成ABS輪速傳感器的有效性進(jìn)行檢測。傳感器特性信息如果得不到保證或者不正確，就會造成ABS/OBD系統(tǒng)失效或者誤報故障，給車輛的正常制動帶來極大的不穩(wěn)定因數(shù)。因此，有效地自行開發(fā)出一臺前懸及制動部件總成ABS輪速傳感器有效性檢測臺，是解決上述問題的必要途徑和有效措施，使N1車型帶OBD的前懸制動部件總成完成PPAP認(rèn)可，讓前懸及制動部件總成裝配得到較大的技術(shù)提升。

1 目前問題的描述

公司在該項目實施前，沒有辦法對前懸及制動部件總成ABS輪速傳感器的有效性進(jìn)行檢測，前輪邊制動器總成如1所示，必須有如下的需求：

（1）公司在配合客戶開發(fā)N200/N300等新車型前懸掛總成的時候，帶ABS的前懸掛總成開發(fā)需求和進(jìn)度緊迫，需要檢測其輪速傳感器的有效性；

（2）ABS、OBD的前懸掛總成在零部件廠進(jìn)行總成裝配的時候，需要從上級客戶調(diào)撥輪速傳感器進(jìn)行裝配，裝配后傳感器需要進(jìn)行檢測從而保證其有效性；

（3）產(chǎn)品圖紙技術(shù)規(guī)范要求：裝配后傳感器和齒圈的氣隙在（0.6±0.2）mm范圍內(nèi)（如圖2），但裝配后氣隙無法直接進(jìn)行探測。

圖2 產(chǎn)品圖紙技術(shù)規(guī)范要求

原來曾經(jīng)采用塞尺進(jìn)行檢測氣隙，但是上級客戶的SQE并不認(rèn)可，同時也使得N1車OBD前懸及制動部件總成的PPAP一直都是有條件認(rèn)可。另外，在用塞尺檢測的時候，由于傳感器本身帶磁性，塞尺被傳感器磁性吸引，測量值不準(zhǔn)確，也不可靠。傳感器特性信息如果得不到保證，或者不正確，就會造成ABS/OBD系統(tǒng)失效或者誤報故障，給車輛的正常制動帶來極大的不穩(wěn)定因數(shù)。

2 解決思路

增加對ABS輪速傳感器的輸出特性檢測與研究，是解決上述問題必要途徑和有效措施，使N1車型帶OBD的前懸制動部件總成完成PPAP認(rèn)可，讓前懸及制動部件總成裝配得到較大的技術(shù)提升。綜合運用計算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、虛擬儀器LabVIEW軟件開發(fā)技術(shù)、伺服控制技術(shù)、PLC可編程控制技術(shù)，公司自行設(shè)計開發(fā)出了前懸及制動部件總成ABS輪速傳感器有效性檢測臺。該檢測臺可綜合測試輪速傳感器輸出的各項特性，解決了項目實施前的困擾，實現(xiàn)對產(chǎn)品重要特性的檢測和控制，提升了產(chǎn)品研發(fā)水平和前懸及制動部件總成裝配的技術(shù)水平，得到了顧客的認(rèn)可，提升了企業(yè)形象。

操作者裝夾后只需按一按啟動開始按鈕，就可進(jìn)行測試，若產(chǎn)品不合格，該測試臺立即發(fā)出聲光報警，以提示操作者。產(chǎn)品開發(fā)人員根據(jù)計算機(jī)顯示器輸出的波形和相關(guān)輸出參數(shù)，科學(xué)直觀地分析ABS機(jī)構(gòu)的各項特性，得出更優(yōu)改進(jìn)的理論和實踐的方向。

3 軟件配置

3.1 選擇數(shù)據(jù)采集方式

目前國內(nèi)外先進(jìn)的檢測設(shè)備，一般采用如表1的數(shù)種方案進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

輪速傳感器特性測試，需要用不低于4 000 Hz的頻率采集信號，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后錄取信號3 s，將數(shù)據(jù)存放在存儲器內(nèi)，然后將每個波形的峰值提取出來處理，才能判斷輪速傳感器的有效性。

表1 檢測設(shè)備數(shù)據(jù)采集表

根據(jù)以上分析，我們采用研華公司的PCI-1710L數(shù)據(jù)采集控制卡進(jìn)行對輪速傳感器輸出的感應(yīng)交流電壓進(jìn)行采樣。PCI-1710L數(shù)據(jù)采集控制卡如圖3所示，其主要特性為：

（1）12位A/D轉(zhuǎn)換器；

（2）采樣速率高，可以實現(xiàn)10 000 Hz的采樣頻率；

（3）16路單端和8路差分模擬量輸入，或組合方式輸入；

（4）板載4K采樣FIFO緩沖器，以做數(shù)據(jù)儲存；

（5）每個輸入通道增益可編程。

這樣，該方案完全可以達(dá)到設(shè)計要求。

圖3 研華公司的PCI-1710L數(shù)據(jù)采集控制卡

3.2 確定編程軟件

利用計算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制卡來采集對輪速傳感器輸出的感應(yīng)交流電壓信號，就必須編制軟件來采集、處理以及顯示波形，包括程序界面設(shè)計、趨勢曲線處理等等，比較傳統(tǒng)的軟件工具有VB、VC++、Delphi等，而這些語言在使用起來都比較繁瑣。

美國國家儀器公司開發(fā)的圖形化編程語言LabVIWE，該軟件主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)表達(dá)等方面，它提供了一種全新的程序編等寫方法，即對稱之為“虛擬儀器”（Virtual Instruments，VIS）的軟件，對象進(jìn)行圖形化的組合操作，完成設(shè)計者的意圖，并可以生成不依附編程環(huán)境而運行的執(zhí)行文件（.exe文件）。近兩年，國內(nèi)外先進(jìn)試驗設(shè)備制造商開始使用LabVIWE來編程處理數(shù)據(jù)，于是我們項目組也決定做一個新的嘗試，使用LabVIWE來編制程序。

3.3 選擇驅(qū)動方式

根據(jù)產(chǎn)品圖紙技術(shù)規(guī)范要求：當(dāng)輪箍帶動齒圈以50 Hz頻率轉(zhuǎn)動。即由齒頂以50 Hz的頻率通過磁性傳感器的磁頭，以N1車型為例，該車型齒圈的齒數(shù)是42齒，得到輪轂需要的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為

通過試驗，不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速對傳感器輸出的峰值電壓影響非常大，所以實現(xiàn)低速、穩(wěn)定、精確的71.43 r/min，是保證傳感器特性檢測結(jié)果客觀、真實的首要前提和基礎(chǔ)。驅(qū)動方式的選擇以及優(yōu)缺點的分析如下表2所示。

表2 驅(qū)動方式的選擇及優(yōu)缺點分析表

通過綜合分析，我們決定采用交流伺服作為驅(qū)動方式，以保證檢測結(jié)果的客觀性和真實性。

為保持速度恒定，伺服電機(jī)選用國產(chǎn)臺達(dá)17位編碼器，應(yīng)用內(nèi)部速度控制方式，無須其他控制模塊實現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的測試。臺達(dá)伺服驅(qū)動器、編碼器、伺服電機(jī)如圖4所示。

圖4 伺服驅(qū)動器、編碼器、伺服電機(jī)

3.4 選擇控制方式

綜上所述，對于其他外圍控制，我們采用PLC控制技術(shù)。鑒于驅(qū)動方式采用的是臺達(dá)產(chǎn)品，做為它的上位機(jī)，我們也采用臺達(dá)PLC。主機(jī)選用臺達(dá)DVP-10SX，擴(kuò)展模塊選用DVP-16SP。

4 硬件連接

圖5 硬件連接圖

按上述所選擇的主要硬件系統(tǒng)，設(shè)計出硬件部分連接圖如圖5所示。

按照檢測項目所需實現(xiàn)的功能，得出測試流程圖如圖6所示。

圖6 測試流程圖

5 利用LabVIWE進(jìn)行界面和程序的編制

該項目的重點與難點，在于界面和程序的編制需要利用圖形化編程語言LabVIWE進(jìn)行，這是柳州五菱汽車聯(lián)合發(fā)展有限公司用LabVIWE語言進(jìn)行軟件編制的首次嘗試，并且要實現(xiàn)波形峰值的準(zhǔn)確定位，這對先進(jìn)專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)廠商來說，

也是具有相當(dāng)大的難度，這也是該項目最大的亮點。

其中程序界面如圖14所示，圖形化編程語言的程序段舉例如圖7所示。

圖7 程序界面

6 交流伺服系統(tǒng)的調(diào)試與PLC控制

該項目的重點與難點之一為使用到交流伺服系統(tǒng)，公司在實施該項目之前，沒有這方面的運用經(jīng)驗。伺服電機(jī)本身作為高精度的設(shè)備，在使用上具有一定難度。通過閱讀研究相關(guān)說明書，以及在網(wǎng)絡(luò)上查找相關(guān)資料，總結(jié)出一套交流伺服系統(tǒng)的調(diào)試思路。

首先，需要調(diào)整合適的伺服增益參數(shù)。

伺服增益參數(shù)過大會造成伺服啟動和停止時有抖動現(xiàn)象，同時會使伺服系統(tǒng)運行的時候噪音過大，現(xiàn)場調(diào)試情況為表現(xiàn)為嗡嗡聲。

伺服增益參數(shù)過小雖然解決了抖動和噪音問題，但伺服系統(tǒng)反應(yīng)很慢，且運行的時候轉(zhuǎn)速很不穩(wěn)定，達(dá)不到設(shè)計之初的要求。

經(jīng)過我們現(xiàn)場加負(fù)載的多次調(diào)試，找到了最佳伺服增益參數(shù)組合，既解決了抖動和噪音問題，又使伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、精確。

如圖8為伺服增益參數(shù)調(diào)整界面；圖9為伺服系統(tǒng)運行時的轉(zhuǎn)速實時監(jiān)控界面，證明了我們所設(shè)置的伺服增益參數(shù)非常合適、有效，達(dá)到了設(shè)計要求。

圖8 伺服增益參數(shù)調(diào)整界面

圖9 伺服系統(tǒng)運行時的轉(zhuǎn)速實時監(jiān)控界面

接下來，我們還需要根據(jù)功能選擇設(shè)置伺服參數(shù)，如圖10為伺服參數(shù)設(shè)置界面。

圖10 伺服參數(shù)設(shè)置界面

通過對伺服系統(tǒng)的調(diào)試，實現(xiàn)了伺服電機(jī)帶動輪轂以71.43 r/min的轉(zhuǎn)速低速、穩(wěn)定、精確地轉(zhuǎn)動，保證了輪速傳感器特性檢測結(jié)果的客觀、真實性。同時我們也實現(xiàn)了利用PLC來控制伺服系統(tǒng)，給整個測試臺的邏輯控制提供更大的可操作性。圖11為PLC與伺服連接圖。圖12為部分梯形圖。

7 ABS輪速傳感器有效性檢測臺的實際應(yīng)用

通過公司技術(shù)人員6個多月的努力，綜合運用計算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、虛擬儀器LabVIEW軟件開發(fā)技術(shù)、伺服控制技術(shù)、PLC可編程控制技術(shù)，自行設(shè)計開發(fā)出了前懸及制動部件總成ABS輪速傳感器有效性檢測臺終于得以實現(xiàn)，該設(shè)備的總體節(jié)拍為13 s，遠(yuǎn)低于前懸及制動部件總成裝配線的節(jié)拍，實現(xiàn)了100％的產(chǎn)品檢測，提升了公司的產(chǎn)品質(zhì)量。實際測試過程中的測試界面如圖13所示：

圖11 PLC與伺服連接圖

圖12 部分梯形圖

8 結(jié)束語

實踐證明，由公司技術(shù)人員自行設(shè)計開發(fā)的前懸及制動部件總成ABS輪速傳感器有效性檢測臺，實現(xiàn)了ABS輪速傳感器有效性測試的設(shè)計目的，科學(xué)直觀地分析了ABS機(jī)構(gòu)的各項特性，得出更優(yōu)改進(jìn)的理論和實踐的方向。該項目為產(chǎn)品品質(zhì)提升類和輔助產(chǎn)品設(shè)計類項目，若購買相同功能的檢測臺，最少要投入15萬元，而該項目的實施費用僅為2萬元，直接經(jīng)濟(jì)效益為13萬元。該檢測臺得到了顧客的認(rèn)可與好評，提升了公司的企業(yè)形象。該項目在設(shè)計開發(fā)上具創(chuàng)新性與有一定的難度，在技術(shù)的運用上和功能的實現(xiàn)上，達(dá)到了國內(nèi)的領(lǐng)先水平，為公司自行設(shè)計先進(jìn)實驗設(shè)備邁出了第一步，也做好了人才儲備，其設(shè)計思路與經(jīng)驗，可推廣于汽車零部件行業(yè)其他產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)上。

圖13 實際測試過程中的測試界面

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