寶克轉鼓通信故障排查方法及應用

李 勇，張春果，郝 斌

（重慶長安汽車研究總院，重慶 401120）

0 引言

汽車性能測試是一種高新技術對汽車工業的現代化發展有著重要和深遠的意義。底盤測功機也叫轉鼓，采用全數字化四象限運行的直流調速電機在工控機和傳感器設備的控制下，模擬出道路行駛阻力，可以體現出勻速、變速、爬坡各種狀況的道路阻力和慣性力作用。轉鼓試驗平臺作為檢測汽車整車性能的主要設備，可以完成汽車相關性能測試試驗，如汽車排放試驗及轉鼓耐久試驗等。由于試驗過程中測試臺需要24 h運行，其能否可靠、高效、安全運行將直接影響汽車測試工作進行的效率及安全性。因此，對轉鼓試驗臺進行故障分析以及故障排查顯得格外重要。本文根據實際現場故障，對通信故障進行了全面的分析和判斷，為提搞設備的穩定性以及處理故障的快速性提供了有力的支持。

1 寶克轉鼓試驗臺系統

美國寶克公司的電機中置式底盤測功機是通過數字邏輯電路控制矢量交流電機驅動提供道路模擬。系統具有快速響應，精確控制，優良的重復性等特點。底盤測功機由電機/轉鼓總成，控制系統和電機控制柜等3個單元組成。3個單元通過相應的通信系統進行數據交換。

測功機控制器采用層疊式PC/104模塊化設計，運行在QNX操作系統上，同時集成了以太網功能，與圖形界面計算機進行通信，使用RS-232和RS-422通信協議與操作側控制器和測量側力傳感器進行通信。上位控制機通過以太網絡將控制參數傳送給轉鼓控制器，轉鼓控制器將控制信號傳送給變頻驅動器，實現對電機的速度和旋轉方向進行控制。力傳感器和速度的反饋信號用于修正輸出的控制信號，達到精確的控制，并且形成有效的閉環控制。

2 底盤測功機通信故障實例

2.1 問題描述

測功機在長期高負荷的運行后，系統常出現通信故障，上位機采集不到力傳感器輸出值，整臺設備無法正常啟動和運行。

2.2 故障原因分析

和力傳感器通信的幾個部件分別是力傳感器電橋、放大器和轉換器、控制電腦，他們之間都是通過通信線進行連接的。力傳感器采用LEBOW公司型號為1-800-8003-0386的傳感器，實際上就是一個電橋測力計，通過放大器模塊轉為信號通過RS-422通信輸出，輸出的信號與控制電腦的串口通信口進行通信的一個控制電路。由此可以斷定故障原因可能有：①力傳感器損壞：②RS-422通信線纜故障；③放大器和轉換器模塊硬件故障。

2.2.1 電橋

由電阻、電容、電感等元件組成的四邊形測量電路叫電橋。4條含元器件的電路稱為橋臂，作為測量電路。在四邊形的一條對角線兩端接上電源，另一條對角線兩端連接零儀器。調節橋臂上某些元件的參數值，使指零儀器的兩端電壓為零，此時電橋達到平衡。利用電橋平衡方程Z1Z3=Z2Z4，根據線路中已知元件的數值求得被測元件的參量，如電阻、電感和電容，此系統采用惠斯通電橋。主要用于測量電阻器Rx的電阻值，電橋平衡方程：Rx=（R2R3）/R1，利用已知的 R1，R2和 R3等 3 個電阻值，通過計算即可得到Rx的阻值。

2.2.2 RS-422通信

RS-422數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，RS-422接口標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器，RS-422比RS-232有更強的驅動能力，RS-422允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Salve），其網絡拓撲結構為星型結構，從設備（salve）之間不能通信，所以RS-422接口支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4 k，故發送端最大負載能力是104 k+100（終端電阻）。RS-422接口4線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）。RS-422接口的最大傳輸距離為4000英尺（約1219 m），最大傳輸速率為10 Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100 kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100 m的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1 Mb/s。

通常情況下，發送驅動器A，B之間的正電平在+（2～6）V，是一個邏輯狀態，負電平在，是另一個邏輯狀態。另有一個信號地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時，發送驅動器處于高阻狀態，稱作“第三態”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態。

接收器也作與發送端相對的規定，收、發端通過平衡雙絞線將AA與BB對應相連，當在接收端AB之間有大于+200 mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200 mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200 m。

圖1 信號檢測

圖2 變量編輯界面

3 系統故障排除方法

3.1 電阻法

（2）用萬用表的蜂鳴擋測試傳輸電纜的通斷，RXD F0614 WHT/BLU到D型插頭的3號腳，TXD F0614A BLU/WHT到D型插頭的2號腳，DTR F0614B WHT/ORG到D型插頭的6號腳，GND F0610 ORG/WHT到D型插頭的5號腳。每組測試結果都應小于10，過大會引起壓降導致檢測失敗。

3.2 在線檢測法

（1）檢測供電電源，用萬用表的直流電壓擋測量直流電壓為12 V，偏差值為0.5 V。

（2）用萬用表直流電壓擋測量接收端為正電壓說明有輸出信號，如果為負電壓則沒有輸出信號。

（3）用示波器測量輸入輸出信號的波形，頻率有沒有失真輸入輸出波形，幅值都一樣。正常波形為方波，如圖1所示。

3.3 替換法

（1）用上位機DYNO TOOL軟件自帶的功能，對輸入信號的通道進行判斷，以此判斷是不是控制器串口通道的問題。打開DYNO TOOL軟件 在Connect下拉菜單中點擊connect，背景顏色變為灰色為連接正常。在advanced下拉菜單中選擇edit many system variables點擊進入變量編輯畫面如圖2所示。選擇一個方框選擇SerialTorqPort參數，更改Value值，然后點擊OK重啟控制電腦看上位機是不是還會報警。如果報警說明通道沒有問題。如果不報警說明通道有問題更換一個空余的通道。

（2）用其他好的放大器和轉換器模塊進行更換試機。看故障是否消除，如果更換好的模塊故障消除說明模塊壞，如果故障依舊說明是其他問題。

針對寶克轉鼓的通信故障，主要故障排查方法流程：①通過電阻法檢測力傳感器是否好壞；②通過替換法（1）來判斷通道是否存在問題，通過替換法（2）來判斷通信線路是否存在故障問題；③通過更換放大轉換器模塊來判斷硬件是否出現故障。

4 結語

本文介紹的轉鼓通信故障排除方法，基于控制原理從簡單到復雜逐步判斷故障原因，直至找出故障原因所在問題。此排除法已經成功應用在公司處理轉鼓通信故障上。本方法也可以方便地移植和應用到其他類似故障問題的處理上，對通信故障的處理能快速、準確地找到問題點。