輪速傳感器有效性檢測臺的設計開發與應用

潘曉紅，余文濤，曾慶文

（柳州五菱汽車聯合發展有限公司 制動器廠，廣西 柳州 545007）

柳州五菱汽車聯合發展有限公司是汽車零部件專業設計生產廠家，前懸及制動部件總成為主要產品之一，已成功為多個車型進行了匹配設計，并總結出許多寶貴的設計經驗。但公司目前尚未有辦法對關鍵產品——前懸及制動部件總成ABS輪速傳感器的有效性進行檢測。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系統失效或者誤報故障，給車輛的正常制動帶來極大的不穩定因數。因此，有效地自行開發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認可，讓前懸及制動部件總成裝配得到較大的技術提升。

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N200/N300等新車型前懸掛總成的時候，帶ABS的前懸掛總成開發需求和進度緊迫，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行總成裝配的時候，需要從上級客戶調撥輪速傳感器進行裝配，裝配后傳感器需要進行檢測從而保證其有效性；

（3）產品圖紙技術規范要求：裝配后傳感器和齒圈的氣隙在（0.6±0.2）mm范圍內（如圖2），但裝配后氣隙無法直接進行探測。

圖2 產品圖紙技術規范要求

原來曾經采用塞尺進行檢測氣隙，但是上級客戶的SQE并不認可，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系統失效或者誤報故障，給車輛的正常制動帶來極大的不穩定因數。

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認可，讓前懸及制動部件總成裝配得到較大的技術提升。綜合運用計算機數據采集技術、虛擬儀器LabVIEW軟件開發技術、伺服控制技術、PLC可編程控制技術，公司自行設計開發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，實現對產品重要特性的檢測和控制，提升了產品研發水平和前懸及制動部件總成裝配的技術水平，得到了顧客的認可，提升了企業形象。

操作者裝夾后只需按一按啟動開始按鈕，就可進行測試，若產品不合格，該測試臺立即發出聲光報警，以提示操作者。產品開發人員根據計算機顯示器輸出的波形和相關輸出參數，科學直觀地分析ABS機構的各項特性，得出更優改進的理論和實踐的方向。

3 軟件配置

3.1 選擇數據采集方式

目前國內外先進的檢測設備，一般采用如表1的數種方案進行數據采集。

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，運轉平穩后錄取信號3 s，將數據存放在存儲器內，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 檢測設備數據采集表

根據以上分析，我們采用研華公司的PCI-1710L數據采集控制卡進行對輪速傳感器輸出的感應交流電壓進行采樣。PCI-1710L數據采集控制卡如圖3所示，其主要特性為：

（1）12位A/D轉換器；

（2）采樣速率高，可以實現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，以做數據儲存；

（5）每個輸入通道增益可編程。

這樣，該方案完全可以達到設計要求。

圖3 研華公司的PCI-1710L數據采集控制卡

3.2 確定編程軟件

利用計算機數據采集控制卡來采集對輪速傳感器輸出的感應交流電壓信號，就必須編制軟件來采集、處理以及顯示波形，包括程序界面設計、趨勢曲線處理等等，比較傳統的軟件工具有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的圖形化編程語言LabVIWE，該軟件主要應用于數據采集與控制、數據分析以及數據表達等方面，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，對象進行圖形化的組合操作，完成設計者的意圖，并可以生成不依附編程環境而運行的執行文件（.exe文件）。近兩年，國內外先進試驗設備制造商開始使用LabVIWE來編程處理數據，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 選擇驅動方式

根據產品圖紙技術規范要求：當輪箍帶動齒圈以50 Hz頻率轉動。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，該車型齒圈的齒數是42齒，得到輪轂需要的穩定轉速為

通過試驗，不穩定的轉速對傳感器輸出的峰值電壓影響非常大，所以實現低速、穩定、精確的71.43 r/min，是保證傳感器特性檢測結果客觀、真實的首要前提和基礎。驅動方式的選擇以及優缺點的分析如下表2所示。

表2 驅動方式的選擇及優缺點分析表

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

為保持速度恒定，伺服電機選用國產臺達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恒定轉速狀態下的測試。臺達伺服驅動器、編碼器、伺服電機如圖4所示。

圖4 伺服驅動器、編碼器、伺服電機

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。鑒于驅動方式采用的是臺達產品，做為它的上位機，我們也采用臺達PLC。主機選用臺達DVP-10SX，擴展模塊選用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，設計出硬件部分連接圖如圖5所示。

按照檢測項目所需實現的功能，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進行，這是柳州五菱汽車聯合發展有限公司用LabVIWE語言進行軟件編制的首次嘗試，并且要實現波形峰值的準確定位，這對先進專業設備生產廠商來說，

也是具有相當大的難度，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 交流伺服系統的調試與PLC控制

該項目的重點與難點之一為使用到交流伺服系統，公司在實施該項目之前，沒有這方面的運用經驗。伺服電機本身作為高精度的設備，在使用上具有一定難度。通過閱讀研究相關說明書，以及在網絡上查找相關資料，總結出一套交流伺服系統的調試思路。

首先，需要調整合適的伺服增益參數。

伺服增益參數過大會造成伺服啟動和停止時有抖動現象，同時會使伺服系統運行的時候噪音過大，現場調試情況為表現為嗡嗡聲。

伺服增益參數過小雖然解決了抖動和噪音問題，但伺服系統反應很慢，且運行的時候轉速很不穩定，達不到設計之初的要求。

經過我們現場加負載的多次調試，找到了最佳伺服增益參數組合，既解決了抖動和噪音問題，又使伺服電機的轉速穩定、精確。

如圖8為伺服增益參數調整界面；圖9為伺服系統運行時的轉速實時監控界面，證明了我們所設置的伺服增益參數非常合適、有效，達到了設計要求。

圖8 伺服增益參數調整界面

圖9 伺服系統運行時的轉速實時監控界面

接下來，我們還需要根據功能選擇設置伺服參數，如圖10為伺服參數設置界面。

圖10 伺服參數設置界面

通過對伺服系統的調試，實現了伺服電機帶動輪轂以71.43 r/min的轉速低速、穩定、精確地轉動，保證了輪速傳感器特性檢測結果的客觀、真實性。同時我們也實現了利用PLC來控制伺服系統，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用

通過公司技術人員6個多月的努力，綜合運用計算機數據采集技術、虛擬儀器LabVIEW軟件開發技術、伺服控制技術、PLC可編程控制技術，自行設計開發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，該設備的總體節拍為13 s，遠低于前懸及制動部件總成裝配線的節拍，實現了100％的產品檢測，提升了公司的產品質量。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 結束語

實踐證明，由公司技術人員自行設計開發的前懸及制動部件總成ABS輪速傳感器有效性檢測臺，實現了ABS輪速傳感器有效性測試的設計目的，科學直觀地分析了ABS機構的各項特性，得出更優改進的理論和實踐的方向。該項目為產品品質提升類和輔助產品設計類項目，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，直接經濟效益為13萬元。該檢測臺得到了顧客的認可與好評，提升了公司的企業形象。該項目在設計開發上具創新性與有一定的難度，在技術的運用上和功能的實現上，達到了國內的領先水平，為公司自行設計先進實驗設備邁出了第一步，也做好了人才儲備，其設計思路與經驗，可推廣于汽車零部件行業其他產品的設計開發上。

圖13 實際測試過程中的測試界面

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