車用輪速傳感器是影響車輛駕駛性能的重要部件，通過(guò)輪速傳感器對(duì)齒輪速度進(jìn)行測(cè)試，可以使車輛速度參數(shù)更加精確，對(duì)于改善駕駛的可控性、提高ABS系統(tǒng)的可靠性以及保障行駛安全和減少交通事故的發(fā)生具有重要意義。

    然而，縱觀目前車用輪速傳感器的測(cè)試行業(yè)，可發(fā)現(xiàn)對(duì)車用輪速傳感器的測(cè)量方法有待改進(jìn)。其主要方法囊括起來(lái)，大概有以下幾種：
   （1）通過(guò)示波器或計(jì)數(shù)器來(lái)檢測(cè)輪速傳感器感應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪所產(chǎn)生的電壓信號(hào)，以此來(lái)判斷傳感器好壞，即無(wú)上位機(jī)軟件。
   （2）用單片機(jī)做下位機(jī)、 LabVIEW或其他軟件做上位機(jī)對(duì)輪速傳感器進(jìn)行檢測(cè)。
   （3）用LabVIEW和數(shù)據(jù)采集卡對(duì)輪速傳感器進(jìn)行檢測(cè)， 但功能單一， 只能對(duì)單一信號(hào)類型的傳感器進(jìn)行檢測(cè)。
     以上幾種方法效率低不適合批量檢測(cè)，且有的沒(méi)有友好的界面，不利于工作人員觀看，有的只能對(duì)單一信號(hào)類型傳感器進(jìn)行檢測(cè)和不能進(jìn)行很好的擴(kuò)展，滿足不了檢測(cè)工業(yè)的快速發(fā)展的要求。所以，一款成本適中，可適用于多種信號(hào)類型的傳感器的多通道檢測(cè)且效率高的汽車輪速傳感器測(cè)試系統(tǒng),就顯得尤為必要。本文主要介紹該系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)和分析部分[1]。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    該系統(tǒng)平臺(tái)方案的設(shè)計(jì)流程如圖1所示，其核心是LabVIEW集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，通過(guò)它進(jìn)行軟硬件的統(tǒng)一調(diào)配。通過(guò)Measurement&Automation對(duì)NI采集卡進(jìn)行硬件的自檢、調(diào)試、仿真及采集等。通過(guò)LabVIEW外部接口(如串口、GPIB、Modbus等)連接外部設(shè)備(如伺服電機(jī)、示波器等)。通過(guò)LabVIEW軟件強(qiáng)大的功能模塊，對(duì)想要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)主要功能：運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖表顯示、過(guò)程控制及數(shù)據(jù)保存與回放等。

2 傳感器部分
    本系統(tǒng)的測(cè)量對(duì)象為主動(dòng)式輪速傳感器(AWSS)、被動(dòng)式輪速傳感器(PWSS)和凸輪軸傳感器(ACPS)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)類型為三電平、正弦波和方波信號(hào)。
    為了獲得較精確的可控速度帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，以便提高傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確度和精度，通過(guò)LabVIEW控制伺服驅(qū)動(dòng)器，以此控制伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)速度，從而獲得傳感器輪速信號(hào)。針對(duì)不同種類傳感器所獲得的三電平信號(hào)、方波信號(hào)、峰峰值信號(hào)的不同特點(diǎn)，提取信號(hào)的共同特征，設(shè)計(jì)出可以滿足三種信號(hào)測(cè)量的軟件程序[2]。
3 信號(hào)測(cè)量
3.1 三電平信號(hào)的測(cè)量
    在LabVIEW后面板函數(shù)中，無(wú)直接測(cè)量三電平參量的VI，所以對(duì)三電平測(cè)量就無(wú)法利用相關(guān)信號(hào)測(cè)量VI進(jìn)行測(cè)量。對(duì)三電平進(jìn)行測(cè)量需要利用到數(shù)組和采樣速率。采樣速率即每秒鐘進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換次數(shù)，通過(guò)將采集來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)組常量,便可通過(guò)采樣速率及數(shù)組，對(duì)三電平相關(guān)參量進(jìn)行測(cè)量。其方法如下：
    由于主動(dòng)式輪速傳感器采集到的信號(hào)的特點(diǎn)，即每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)輪齒就對(duì)應(yīng)采集到一個(gè)高電平和若干中、低電平，且高電平持續(xù)時(shí)間很短。所以，周期的計(jì)算方法以高電平作為周期判斷標(biāo)準(zhǔn)，若齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輪齒1、2、3對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生3個(gè)周期的三電平信號(hào)為S1、S2、S3。當(dāng)S1周期循環(huán)停止時(shí)，next數(shù)值即為下一周期即S2的首地址。先對(duì)移位寄存器重新賦起始值，然后對(duì)S2進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)循環(huán)停止時(shí)，next數(shù)值為S3首地址，再對(duì)移位寄存器重新賦起始值，然后對(duì)S3進(jìn)行測(cè)量。如此重復(fù)進(jìn)行，將所有輪齒產(chǎn)生的三電平信號(hào)，通過(guò)齒輪輪齒數(shù)設(shè)置循環(huán)次數(shù)，最外層循環(huán)設(shè)置齒輪轉(zhuǎn)的圈數(shù)，即可對(duì)三電平周期和占空比進(jìn)行多周期測(cè)量。
    通過(guò)上述可知，首先是測(cè)量一個(gè)周期采樣數(shù)值，然后賦下一周期移位寄存器初值，這樣才能測(cè)下一周期，所以對(duì)應(yīng)齒數(shù)為n的齒輪，若對(duì)所有輪齒產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)

    占空比的計(jì)算方法：三電平信號(hào)的占空比算法與方波信號(hào)的占空比算法有區(qū)別，后者用周期中高電平時(shí)間除以周期，而前者利用的方法為：通過(guò)平均周期的優(yōu)化算法后，占空比計(jì)算方法為從第二個(gè)輪齒開(kāi)始，即第二個(gè)輪齒占空比是第二個(gè)周期時(shí)間除以第二、第三兩周期之和,第三個(gè)輪齒占空比是第三個(gè)周期時(shí)間除以第三、第四兩周期之和，以此類推，而最后一個(gè)輪齒即第n個(gè)輪齒占空比是最后一個(gè)周期時(shí)間除以最后一個(gè)和第二個(gè)兩周期之和。

    以上就是最大占空比相對(duì)誤差的實(shí)現(xiàn)，若誤差超過(guò)某范圍，則說(shuō)明輪齒分布不均。當(dāng)然還包括其他參量相對(duì)誤差，若超過(guò)某范圍，則說(shuō)明輪齒高低不一致、或齒間存異物等。此處不再贅述[4]。
3.3 正弦波的測(cè)量
    正弦波信號(hào)的測(cè)量主要涉及的參量為周期、頻率、峰峰值等。另外與方波、三電平信號(hào)不同，正弦波信號(hào)還需測(cè)量是否波欠。這是因?yàn)檎也ǖ南嚓P(guān)參量在直接通過(guò)Express VI濾波后,需通過(guò)測(cè)量頻率、周期、峰峰值的相關(guān)Express VI函數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
    通過(guò)此方法測(cè)量值為一次讀取的采樣點(diǎn)數(shù)的信號(hào)的平均值，即若一次讀取多個(gè)周期正弦波，則測(cè)得的頻率、周期、峰峰值等相關(guān)值為這幾個(gè)周期信號(hào)的平均值，所以若存在缺齒，則在信號(hào)上即反應(yīng)為波欠。存在波欠的情況下，測(cè)量值的周期、頻率肯定會(huì)存在較大偏差，因此很有可能導(dǎo)致對(duì)傳感器誤判。因此判定是否波欠是十分必要的。而方波、三電平信號(hào)則不同，這兩種信號(hào)相關(guān)參量的測(cè)量值，都是通過(guò)每個(gè)齒輪的輪齒產(chǎn)生信號(hào)對(duì)應(yīng)的方波或三電平信號(hào)值，即測(cè)得的是單個(gè)方波或三電平信號(hào)的周期、頻率和電平值。然后根據(jù)一定量的波數(shù)，求得這些方波或三電平信號(hào)的平均周期、頻率和電平值，一般取齒輪的齒數(shù)為此數(shù)值。所以不需判斷是否存在波欠。正弦波信號(hào)相關(guān)參量的測(cè)量是直接測(cè)得一定周期數(shù)量的正弦波信號(hào)的平均數(shù)值，因此必須判定該正弦波個(gè)數(shù)是否與對(duì)應(yīng)齒數(shù)相等，若相等，則相關(guān)參量值可以作為判定傳感器好壞的數(shù)值使用，若不等則舍棄此組數(shù)值。
    波欠的檢測(cè)采用波峰波谷雙檢測(cè)的方法，如圖5所示，分別測(cè)量波峰與波谷個(gè)數(shù)，然后平均即可求得。在此應(yīng)注意，閾值和寬度是兩個(gè)非常重要的參量，此參量設(shè)置的好壞直接影響著正弦波測(cè)量個(gè)數(shù)的正誤。

4 傳感器的判斷
    通過(guò)上述方法對(duì)不同類型的輪速傳感器對(duì)應(yīng)的不同信號(hào)類型進(jìn)行了測(cè)量，這些參數(shù)測(cè)量完畢后，就需和正常傳感器采集信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)值做比較，看其結(jié)果是否在允許偏差范圍，若是，則合格。如圖6所示，是單個(gè)通道中,三電平信號(hào)的測(cè)量程序和傳感器判斷的測(cè)試程序[5]。

    該車用輪速傳感器的信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)是集合運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)、信號(hào)分析與處理等多平臺(tái)的系統(tǒng)。由于對(duì)輪速傳感器的測(cè)量需在幾組目標(biāo)轉(zhuǎn)速下測(cè)量，如齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)100 r/min、500 r/min、1 000 r/min與2 000 r/min，這就需要系統(tǒng)有一個(gè)良好的伺服電機(jī)控制平臺(tái)，控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的偏差在允許范圍內(nèi)時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，通過(guò)PXI-6259對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集一定的數(shù)據(jù)后，電機(jī)跳轉(zhuǎn)到下一目標(biāo)轉(zhuǎn)速，以此往復(fù)再進(jìn)行測(cè)量，直至測(cè)量完最后一組數(shù)據(jù)，程序退出并初始化，以便下一輪測(cè)量[6]。
    經(jīng)工廠測(cè)試驗(yàn)證，該系統(tǒng)可正常、高效地進(jìn)行測(cè)量與判斷。同時(shí)，可進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)保存與回放，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。并且，該系統(tǒng)有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，其擴(kuò)展功能包括對(duì)齒輪的檢測(cè)等，在此就不再贅述。
參考文獻(xiàn)
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