汽车用速度相位传感器测试台的研究与开发.doc

万方数据12 测控技术)2008年第27卷第7期汽车用速度相位传感器测试台的研究与开发樊留群1，马玉敏1，吴俞祥2，焦新军2(1同济大学【fI德学院，上海200092；2联合汽车电子公司，上海201206)摘要：论述了虚拟仪器技术在现代汽车传感器测试中的应用问题，针对汽车用速度和相位传感器的测试要求，以三坐标移 动及高速高精度信号转动机构组成测试台的机械结构，采用激光光幕传感器进行间隙测量，用光纤传感器进行信号轮的标 定，用数字示波器进行传感器信号采集，并采用LabVIEW进行了系统软件的开发工作。结果表明，采用虚拟仪器技术进行 试验台的开发工作周期短、成本低、开放性好。关键词：汽车传感器，虚拟仪器，测试试验台，LabVIEW中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：10008829(2008)07001203Research and Development of Test Bench for AutomotiveSpeed Sensors and Phase SensorsFAN Liuqunl，MA Yuminl，WU Yuxian92，JIAO Xin-jun2(1Chinese Germany School for Postgraduate Studies，7rongji University，Shanghai 200092，China；2United Automotive Electronic Syrstems Co，Ltd，Shanghai 201206，China)Abstract：In view of virtual instrument technology application in testing of automotive sensors，the test requirements of automotive speed sensors and phase sensors are raisedBased on virtual instrument technology and LabVIEW，a test bench for automotive sen SOrs is developedThe test bench is constituted of three axis，hJigh speed spindle and accurate angle encoder，laser instrument and optical fiber sensor and digital oscilloscopeThe test result indicates that the test bench can work efficiently and stablyKey words：automotive sensors；virtual instrument；test bench；LabVlEW随着汽车工业的不断发展，汽车结构不断完善，汽车性能不 断提高。汽车已经成为包含了大量高新技术的复杂系统。汽车 速度传感器通过和曲轴相连的信号轮的激励而产生脉冲速度信 号，信号轮通常做成非完整的齿轮，这样可以检测出曲轴的位 置，因为气缸巾的活塞通过连杆与曲轴相连，所以曲轴或发动机 转速传感器可提供活寒在各气缸中的行程和速度数据。相位传 感器用于检测凸轮轴位置信息，因此又称为凸轮轴传感器。汽 车ECU通过这两个传感器和其他传感器得到发动机汽缸状态，图1相位偏置来确定点火时间等影响发动机工作的关键参数。 对试验台的主要要求如下：(1)系统采样精度：0010；1系统分析与设计(2)信号轮机械相位标定精度：O050；根据对这两种传感器的工作环境和使用要求，采用标准信(3)坐标位移精度：001 mm。 号轮来触发传感器信号，通过对信号轮齿和传感器信号之间关 在对测试内容和测试台技术要求进行详细的分析后，提出 系的检测和分析，来评价传感器的性能。对这两种传感器进行基于虚拟仪器技术进行测试台的研发工作。以工控机(IPC)为 测试的主要内容如下： 主控设备，对整个试验进行监控管理，采用基于PCI总线的NI(1)相位偏置及精度(信号轮齿上升沿角度和传感器信号 的6221和研华PCIl756等板卡，实现对信号轮主轴，以及调整 上升沿之间的偏差)如图1；传感器位置的三坐标轴的运动控制。采用泰克公司的数字示波(2)信号轮和传感器之间间隙和位置角度偏差对信号的影器，独立进行传感器信号的采集和分析。响；由于信号轮采样精度要求较高，本研究选择德国海德汉 (3)温度的影响。 ER0785型高精度角度传感器，每转可以产生36 000个脉冲。 信号轮和传感器的间隙及振动的检测采用德国米铱公司的op收稿日期：200709一17toCONTROL 2500-35光幕式激光传感器。信号轮相位边沿和零 作者简介：樊留群(1964一)，男，河南人，博士，副教授，主要研究方向为相位检测采用日本KEYENCE公司的FS-20型光纤高速传感 机电一体化、数控技术等。 器。传感器的温度控制通过外加高低温装置使传感器保持在要万方数据汽车用速度相位传感器测试台的研究与开发13求的温度。测控系统的机械机构如图2，系统框图如图3。轮问的气隙进行检测，通过其模拟量输出端口，将气隙量采集到 主控系统。图2机械结构Ethcme!以太网图4调整界喵与软件系统相配合的NI公司的M系列多功能数据采集卡 有6个DMA通道，通过采用NISTC2的系统和定时控制技术单 个设备可以同时执行模拟输入输_f、数字输入输出和两个计数 器定时器操作，而无需通过IRQ占用处理器处理时问。因此 保证了软件系统能够实现对传感器3个坐标方向上伺服电机的 位置控制。以及对光幕传感器模拟量的采集获得传感器与信号 轮间的气隙量大小。N16221数据采集卡，其Port 0口具有FIFO缓存区，能够存 放波形数据，然后从Port 0的各个位输出连续的波形脉冲数据。 M系列采集卡具备的DMA控制器能够将系统内存中波形数据 存人到FIFO中。从而在时钟信号的控制下，将FIFO中的数据 逐一由DIO端口输出。FIFO同时支持再传输模式，在该模式 下，当FIFO中的数据全部输出之后，FIFO能够以相同顺序再次 输出全部数据。图3试验台测控系统结构图由于N16221采集卡的DIO口没有其自身的内部时钟，因此 其输入输出的频率必须通过外部时钟源，或是内部路由的时钟2开发及实现源。本系统采用6221的计数定时器按用户设定频率的输出脉软件系统主要采用LabVIEW进行开发，完成对传感器位置 冲，该脉冲串作为DIO的时钟源，从而使位置脉冲按相应时钟 的控制、间隙的监测、信号轮的标定以及信号数据的处理分析等频率输出到伺服控制器，实现对电机的位置控制。信号轮转速 工作。 通过N16221的模拟垃输出控制西门子MASTERDRIVES控制传感器的工位调整是通过对三坐标台的移动控制实现。主 器，并通过安全门限JF笑和急停开关等实现安全连锁。 控制系统通过NI的M系列的多功能DAQ卡和研华数字IO对于被测传感器输出信号的采集以及上述的信号轮相位光 卡，对三菱J2S伺服电机进行位置控制，节省了专用的位置控制纤传感器检测，足由泰克(Tektronix)数字示波器实现的。利用 卡。将伺服控制器设置成位置控制模式，上位机通过一个方向 数字示波器提供的Openehoiee工具包，采用Visual Basic根据系 信号和一个脉冲信号对伺服电机进行控制，脉冲的数量和频率统对数据分析的要求对其进行二次开发，实现信号的采集和初 对应工作台位置和速度。 步处理分析功能。这个二次开发的软件以动态链接库DLL的工位调整的用户界面如图4所示，对位置实现多种控制方 形式安装在泰克示波器中，主控系统通过以太网获取数据采集 式，诸如设定值控制方式、点动运动方式和定量移动方式等。交和分析的结果。 流伺服系统具有RS485串口通信接口，通过RS232RS485接口数字示波器型号为TDS5034，最高带宽达350 MHz，4通道， 转换适配器，与工控机的RS232串口相连进行通信，将电机运 8MB存储空间，这样每通道2MB，可记录：2106(360002) 动的绝对位置信息实时反馈至主控系统巾，并在人机界面触摸 =27(转)的数据量。能够满足系统对于信号采集数据量的需 屏中显示。系统同时应用光幕激光传感器对被测传感器与信号求。万方数据14 测控技术)2008年第27卷第7期 主控系统利用ActiveX的自动化(automation)功能，调用 图6给出基于测试数据统计曲线图。由图可知，该型传感Visual Basic开发的数据分析程序的方法和属性，对传感器信号器的相位偏置大小与温度高低成反比，温度越高，相位偏置滞后 进行分析。首先主系统程序打开自动化，与VB数据分析程序量越小；与信号轮转速成正比，速度越高，相位偏置的滞后量越 模块连接。连接成功后，通过属性节点进行系统初始化配置主大；同气隙大小成正比，气隙越大，相位偏置量滞后量越大。 系统和示波器的地址信息，复位示波器，实现主系统(Pc)与数字示波器的连接。随后调用程序模块中相应的函数方法设置示 波器采样率，采样通道，进行信号的采集和分析。信号采集分析 完毕后，结束主系统与示波器通信，释放系统资源。图5为本系 统传感器信号偏置分析的用户界面。其中信号偏置分析的实现 方式是利用数字示波器多路通道，分别采集36 000线角度编码 器的z脉冲(零位脉冲)，A向脉冲(计数脉冲)和被测传感器信 号。Z脉冲的上升沿对应信号轮的起始相位，在对A向脉冲信 号进行判断后，对脉冲数进行计数。通过被测传感器信号的边沿对应的角度编码器的脉冲数量，就可计算出被测传感器信号图6相位传感器极限条件测试数据对应的角度位置。通过与先前标定的信号轮齿实际机械相位位 置作比较，就可获得传感器信号的偏置角度。3结束语随着汽车行业的迅猛发展，与此相配套的传感器的需要也 越来越大，高性能高质量的传感器的研究开发是大势所趋。低 成本，开发周期短，高性能，高可靠性的，功能模块丰富的测试试 验设备是汽车传感器在研制开发中的必然需求。由此，根据现 今计算机技术和仪器仪表的发展情况，可以展望今后基于虚拟 仪器技术的试验设备将在汽车传感器的研发和生产领域得到更 为广泛的应用。参考文献：1孙亚飞，陈仁文，周勇，等测试仪器发展概述J仪器仪表学报，2003，24(5)：4804892 金贺荣，郑德忠，何群基于虚拟仪器的翻车机传动系统扭矩测试 算法研究J传感技术学报，2007，20(3)：694697图5偏置分析界面3李军，陈明基于虚拟仪器技术的飞机液压脉冲试验系统J测试验台系统与高低温试验设备配合，对某型相位传感器样控技术，2007，26(3)：7779品，在不同环境温度(一40、20、150)下，不同信号轮转4黄长艺，严普强机械工程测试技术基础(第二版)M北京：机速(400 rrain，600 rrain，800 rmin，1 500 rrain，3 000 rmin)，械工业出版社，2002对应不同气隙(10 mm，15 ITlln，20 rain)条件下，对其信号相 5杨乐平，李海涛，赵勇，等LabVIEW高级程序设计(M北京：清位偏置进行测试。通过测试分析，比较各因素对传感器信号相华大学出版社。2003位偏置的变化的影响。 口(上接第3页)dler B RA review of structural health monitoring literature：19964 陈勇，熊克，王鑫伟飞行器智能结构系统研究现状与关键问题2001Rh Alam08 National Laboratory Report。LA一13976一MS， A航空工程科技论坛学术报告文集c中国工程院，200210：20036272 10唐和生，薛松涛，陈镕，王远功利用组合参数的结构损伤识别及 5杨智春，于哲峰结构健康监测中的损伤监测技术研究进展J试验研究J振动与冲击，2004，23(4)：107111力学进展，2004，34(2)：21522311赵霞，袁慎芳，王帮峰用于结构健康监测的实时DSP数据采集6Munns T E，Kent R M，Bartolini AHealth monitoring for airfranle及小波分析模块J测控技术，2003，(4)structural characterizationRARINC，Ine，Annapolis，Maryland，12 日三田彰结构健康监测动力学M薛松涛，陈镕，译西安：2002西安交通大学出版社，2004-04：1 121247ProfBelW HDevelopment of structural health maflagement technology 13袁慎芳，朱晓荣，陶宝祺，王磊应用应力波技术的蜂窝结构损伤for aerospace vehiclesANASA LaRc，JANNAF 39th CS27th APs监测J数据采集与处理，2000，15(4)：486-49021st PSHS3rd MSS Joint Subcommeeting，20031214 杨大智智能材料与智能系统M天津：天津大学出版社，2000- 8 Giurgiutiu V，Zagrai A and Bao Jing JingPiezoelectric wafer embedded12：390391active sensors for aging aircraft structural health monitoringJStruc15董聪现代结构系统可靠性理论及其应用M北京I科学出版tural Health Monitoring，2002，1(1)：4161社2001-039solIIl H，Farrar C R，Hemez F M，Shunk D D，Stinemates D W and Na-口原理，和具体的功能测试要求，分析了本课题研究的的总体方案和软硬件结构，并详细介绍课题研究过程中采用的关键技术及理论基础。汽车用速度相位传感器测试台的研究与开发作者：樊留群， 马玉敏， 吴俞祥， 焦新军， FAN Liu-qun， MA Yu-min， WU Yu-xiang， JIAO Xin-jun作者单位：樊留群,马玉敏,FAN Liu-qun,MA Yu-min(同济大学中德学院,上海,200092)， 吴俞祥,焦新 军,WU Yu-xiang,JIAO Xin-jun(联合汽车电子公司,上海,201206)刊名：测控技术英文刊名：MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY 年，卷(期)：2008，27(7)被引用次数：0次参考文献(5条)1.孙亚飞.陈仁文.周勇 测试仪器发展概述期刊论文-仪器仪表学报 2003(05)2.金贺荣.郑德忠.何群 基于虚拟仪器的翻车机传动系统扭矩测试算法研究期刊论文-传感技术学报 2007(03)3.李军.陈明 基于虚拟仪器技术的飞机液压脉冲试验系统期刊论文-测控技术 2007(03)4.黄长艺.严普强 机械工程测试技术基础 20025.杨乐平.李海涛.赵勇 LabVIEW高级程序设计 2003相似文献(6条)1.期刊论文 蒋伟荣.黄志文.张永亮.Jiang Weirong.Huang Zhiwen.Zhang Yongliang 基于虚拟仪器技术的汽车传 感器实验台设计 -湖北汽车工业学院学报2009,23(4)为了提高学生对汽车传感器的认知,利用虚拟仪器技术,并采用模块化的方法,设计开发了汽车传感器实验台.本文介绍了该实验台的测试原理、硬件 组成和软件功能模块.实验台以PC机为硬件核心,以单片机采集模块为I/O设备,以LabVIEW为开发软件.测试结果表明,该实验台完全可以满足学生对汽车传 感器的学习要求,达到了预期目的.2.学位论文 吴俞祥 基于虚拟仪器技术的车用传感器试验台的研究与开发 2007作为汽车电子控制系统信息来源的汽车传感器快速、准确和稳定的工作是保证汽车正常行驶的基础。因而对汽车传感器进行高效准确的测试和分析，得出传感器的性能指标和质量评价成为了测试领域一个重要的研究内容。 运用虚拟仪器技术是目前实现通用的，开放的自动化测试系统的有效方法。虚拟仪器基于PC(通用计算机)技术，利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件及相应算法来替代传统测量仪表和装置。虚拟仪器技术在工业、教学、科学实验、国防等领域已取得越来越广泛的应用，应用潜力极大。 本文主要研究了虚拟仪器技术在现代汽车传感器测试中的应用问题，并开发实现了基于虚拟仪器技术的速度传感器和相位传感器的功能试验台。论文主要完成了如下几方面工作： (1)介绍测试仪器设备，汽车产品检测技术的发展情况。在此基础上提出了车用传感器试验台开发的课题，阐述课题意义。 (2)分析虚拟仪器软硬件体系结构及相关理论。通过对当前各类虚拟仪器软件开发平台的研究比较，论述图形化开发环境LabVIEW的编程方法及其优点。(3)基于对速度和相位传感器的功能分析，提出了速度和相位传感器功能试验的方法。 (4)提出了利用高精度角度编码器和激光传感器实现用于传感器信号触发的信号轮的轮齿的机械相位标定方法，提高了传感器功能测试的可靠性。 (5)研究了数字示波器的二次开发功能，设计针对速度和相位传感器信号分析程序模块。 (6)开发实现了速度和相位传感器功能试验台，包括试验台的机械结构设计，软硬件系统设计，并进行了测试程序的开发。 试验结果表明，基于虚拟仪器技术开发的速度和相位传感器功能试验台能够高效稳定地工作。3.期刊论文 樊留群.马玉敏.吴俞祥.焦新军 汽车用传感器测试台的研制 -机电一体化2007,13(6)论述了虚拟仪器技术在现代汽车传感器测试中的应用问题.针对汽车用速度和相位传感器的测试要求,以三坐标移动及高速高精度信号转动机构组成 测试台的机械结构,采用激光光幕传感器进行间隙测量,用光纤传感器进行信号轮的标定,用数字示波器进行传感器信号采集,并采用Labview进行了系统软 件的开发工作.结果表明,采用虚拟仪器技术进行试验台的开发工作周期短、成本低、开放性好.4.期刊论文 张艳.马绍利 虚拟仪器技术在汽车传感器测试方面的应用 -中国计量2004(4)西门子威迪欧汽车电子(长春)有限公司(简称:SVCC)经过多方考虑和调研,决定采用新的测量方法,结合虚拟仪器技术制作崭新的汽车传感器测试系统:ACPS&ACAM