汽车ABS轮速传感器性能测试系统的实现.doc

汽车ABS轮速传感器性能测试系统的实现 第23卷第3期xx?3月电子测?与仪器学报JOURNAL OFELECTRON ICMEASUREM ENTAND INSTRUMENTVol123N o13?105?汽车ABS轮速传感器性能测试系统的实现孙骏陈彦夫(合肥工业大学机械与汽车工程学院车辆工程系,合肥230009)摘要:针对汽车防抱制动系统中广泛使用的磁电式轮速传感器,在分析其可能失效模式的基础上,提出了汽车ABS轮速传感器的测试方法,并对汽车ABS轮速传感器性能测试系统的总体布置以及测试软件进?了设计。 然后在此性能测试系统上对汽车ABS轮速传感器进?了性能测试,完成了相关的试验验证。 研究结果显示,这套系统工作可靠,实施方?,?仅能快速的检测轮速传感器各项指标是否合格,而且能模拟实车进?轮速传感器失效研究,为分析ABS轮速传感器的故障诊断问题提供了方?。 关键词:汽车防抱制动系统;轮速传感器;性能测试;数据采集;信号处?:U463.52+6:A国家标准学科分类代码:580.xxRealization ofperformance testsystem of wheel speed sensor in ABSSun JunChen Yanfu(Hefei Universityof Technology,Hefei230009,China)Abstract:Aiming atthewidely usedmagic2electric wheel speed sensor in anti2lock brakingsystem(ABS),a testsystem ofwheel speed sensorwas setup basedon analysisof itspossible faultmodes.The designand layoutofthe testbench,the workingprinciple andsoftware design of testsystem wereintroduced.And thenthe verifiedcharacteristicexperiments forwheel speed sensor in ABSwere carriedout onthis testbench.The correspondingexperimentsshowthat thesystem isreliable,convenient,can notonly detectthe wheel speed sensorwhether itiseligibleor not,but alsosimulate thereal vehicleto dosome failureofwheel speed sensor research,and canbe usedforproviding referenceof faultdiagnosis of wheel speed sensorinABS.Keywords:anti2lock brakingsystem;wheelspeed sensor;performance test;data collecting;signalprocessing1引言轮速传感器精确检测车轮速度是ABS系统正常工作的先决条件。 据资?介绍,ABS轮速传感器的故障率占ABS总故障的30%以上。 目前国内很多汽车维修企业的维修人员对于汽车传感器引起的故障只能靠经验、万用表检测、元器件替换来进?诊断和维修,测试效率低且容?造成人为错误,而对故障产生的原因还?能深刻地了解。 因此,开发专业的汽车传感器性能测试系统对提升测试水平,准确进?故障诊断,保证汽车电子装置的可靠性工作具有重要的意义,也是汽车故障诊断技术未来发展的5必然趋势。 本文于xx?5月收到。 目前在ABS系统中广泛地采用磁变阻式的磁电式轮速传感器。 磁电式轮速传感器出现故障通常是因为传感器损坏、线?故障以及齿圈传感器之间间隙过大等造成无信号输出,或齿圈缺齿与齿间有铁磁材?等异物,也有可能会因为安装?当或振动造成传感器偏斜。 为此,设计出了ABS轮速传感器轮速传感器性能测试系统,通过间接方法测?出传感器电阻值,把此电阻值和标准电阻值进?比较,即可判断轮速传5感器是否断?和短?;通过测?轮速信号,观测其波形,可判断齿圈是否缺齿损坏、齿圈传感器之间间隙是否合适,具有重要的?论和现实意义。 ?106?电子测?与仪器学报xx?2测试系统设计2.1硬件系统ABS轮速传感器性能测试系统由检测装置和控制及输出装置组成,采用计算机辅助测试技术,如图1所示,其中检测装置由电动机机组电机、皮带盘、齿圈、传感器等组成,放置在单独的铁制试验台架上,完成传感器信号的获得及传输任务。 控制及输出装置由数据采集卡、控制板、变频器、计算机和打印机等组成。 其中电机带动皮带盘上的齿圈旋转,模拟齿圈随车轮一起转动,使轮速传感器上产生感应电压,此感应电压作为模拟信号,通过多功能数据采集卡(A/D卡)变成数字信号输入计算机中进?处?和显示。 另外计算机也可根据试验人员的要求,通过多功能数据采集卡来控制变频器的输出频率,从而实现电机转速的调节,从而模拟车速的变化。 轮速传感器的端面和齿圈齿顶间的空气间隙通过丝杠进给机构,手动调节至需要的间隙。 1计算机主机;2电机;3同步带;4变频器;5控制板;6显示器;7打印机图2测试系统总布置图Fig.2Layout ofwheelspeed sensor testbench在实际中,应尽?减小检测装置和控制装置之间的距离,因为两者之间有电子线?及传感器线连接。 本次设计的检测系统一次最多可以同时测试4个轮速传感器,故传感器的连接线?需标明次序,以防混乱。 2.2软件系统测试系统软件采用Visual C+6.0作为开发平台,可同时进?14个轮速传感器的检测诊断,测试软件包括:参数设置、自动测试、手动测试、历史数据处?和系统帮助5部分,流程图如图3所示。 图1轮速传感器试验台的组成框图Fig.1Block chartof constitutionofwheelspeedsensor testbench为了使性能测试系统整体上达到简洁美观实用和降低成本要求,本设计采用检测装置和控制装置分离的设计方案,二者垂直放置。 检测装置由于要承担重?较大的部件总成,并且安装在其上面的电动机会产生振动,故选用45#角钢的铁制台架且将电动机的安装位置尽?降低,如图2所示。 将计算机、多功能数据采集卡、打印机、控制板、变频器等测控装置放置于独立的工作台上。 这样的布置方案简单可靠,可以降低成本。 图3测试软件流程图Fig.3Flow chartof testsoftware测试软件的基本流程为:程序运?过程中首先调用PCI29112的内部函数,检测采集卡是否良好,如果采集卡正常,则设置采样率,采样时间等采集参数进?数据采集,然后对采集到的数据进?中值滤第3期汽车ABS轮速传感器性能测试系统的实现?107?波等一系列的处?。 为减少因偶然因素所引起的波动以及因采样值?稳定而造成的脉动,测试软件采用了中值滤波,具体算法如下:每个采样周期连续采5次样,去掉最大值和最小值,再把剩下的值相加取平均,即得到本次A/D转换的采样值。 对于自动测试模式,确定待测传感器个数后,将按顺序依次自动执?线圈冷态电阻测试和传感器感应电压测试,显示测试结果并酌情保存数据;对于手动测试模式,用户可以任意选取试验项目(线圈冷态电阻手动测试或传感器感应电压手动测试)、采样率、采样时间进?测试,显示测试结果并酌情保存数据。 图4为测试结果界面,通过测?传感器的冷态电阻值与传感器的电阻标准值比较,判断轮速传感器的感应线圈及连接线有无短?和断?故障;通过观察规定时间段内传感器输出电压的波形曲线、输出电压的频率值和有效值等来判断传感器可能存在的故障,例如,电压的有效值过低,说明传感器线圈有问题或齿圈传感器之间的间隙?合适。 3.1传感器短?和断?故障该客车ABS系统的磁电式轮速传感器的电阻标准值为(1200100),通过测?电阻值与电阻标准值比较,如果测?得到的数据?在这个范围之内,即可判断被测轮速传感器感应线圈及连接线有故障,诊断软件测试结果显示传感器电阻值?合格。 ?电阻值较大,则为电磁线圈接头处接触?良;?电阻值无穷大,则为电磁线圈断?;?电阻值较小(或6为0),则为电磁线圈短?。 传感器电磁线圈出现断?或短?时,应予以?换。 3.2传感器与齿圈之间间隙变动故障当齿圈随车轮一起转动时,齿圈上的齿与传感器头之间的间隙随之变化,从而导致气隙磁阻和穿过气隙的主磁通发生变化,结果在感应线圈中产生感应电压。 感应电压的幅值与车轮的转速和齿圈传感器之间间隙有关,当间隙一定时,转速越大,电压幅值越大;当转速一定时,间隙越大,电压幅值越小。 由于车辆在?驶过程中的振动等因素使与车轮共同旋转的齿圈同传感器之间的间隙变大或变小,改变了传感器的最低工作转速,从而影响了ABS的性能。 在轮速传感器性能测试系统中可通过丝杠进给机构来调节轮速传感器的端面和齿圈齿顶间的空气间隙,从而模拟了车辆?驶时轮速传感器空气间隙变动的故障。 齿圈由变频调速电机驱动,在电动机频率4.8Hz的默认转速下,将齿圈和传感器之间的间隙分别控制在0.3mm到2.7mm之间。 图5和图6是传感器输出信号的频率和感应电压与间隙之间的关系21。 图4软件测试结果界面Fig.4Test resultof wheelspeed sensor testbench3测试内容及方法为了对轮速传感器的性能测试进?深入了解,在该ABS轮速传感器性能测试系统上,对国内某客车ABS系统的磁电式轮速传感器的性能进?了试验研究。 图5传感器输出信号的电压与间隙之间的关系Fig.5Relation betweenvoltageand intervalofwheelspeedsensor?108?电子测?与仪器学报xx?分析汽车ABS磁电式轮速传感器的故障模式,设计了ABS轮速传感器性能测试系统,并对磁电式轮速传感器的性能进?了试验研究。 试验结果表明,当转速一定时,轮速传感器输出信号的幅值随传感器与齿圈间隙的增大而减小,同时轮速信号的信噪比也随之减小。 当传感器与齿圈间的间隙达到1.6mm后,传感器输出信号的频率发生突变,这些都将降低ABS系统的工作性能。 该ABS轮速传感器性能测试系统成本低、可靠性高,操作容?,提高了测试效率。 它?仅能快速的图6传感器输出信号的频率与间隙之间的关系Fig.6Relation betweenfrequencyand intervalofwheelspeedsensor检测诊断轮速传感器是否合格,而且能模拟实车进?轮速传感器故障失效研究,对于轮速传感器性能分析、诊断以及教学试验等方面都是十分有意义的。 目前该测试系统已成功应用于ABS系统的生产中。 参考文献:1汪知望,方锡邦,陈燕.汽车ABS轮速传感器及其信号从图5可以看出,当转速一定时,间隙越大,电压幅值越小,即正弦波信号的幅值随传感器与齿圈间隙的增大而减小。 由于该类磁电式传感器的感应电压有效值要求大于200mV,故传感器与齿圈之间的间隙控制在0.81.0mm比较?想,这与正常情况下传感器与齿圈之间的间隙要求相符合。 ?间隙变小,显然工作正常;?间隙变得过大,则系统测?较低车轮4转速的能?下降,将降低ABS的性能。 从图6可以看出,传感器与齿圈间的间隙增大到1.6mm时,传感器输出信号的频率开始发生突变。 观察这时的传感器输出电压信号可以看出,随着空气间隙的增大,感应电压的幅值减小。 当空气间隙增大到1.6mm甚至?大时,有的电压幅值接近于零,并且此时的电压信号波形抖动和毛刺也随之增加,因此传感器输出信号的频率在空气间隙增大到1.6mm后也开始增大。 信噪比是信号与噪声(干扰)的有效功率之2比。 当空气间隙为1mm时,轮速信号的信噪比约为30.88dB;当空气间隙为1.7mm时,轮速信号的信噪比约为14.61dB;当空气间隙为2mm时,轮速信号的信噪比约为9.89dB。 从轮速信号信噪比可以看出,随着传感器与齿圈之间的空气间隙的增大,轮速信号的信噪比在?断的减小,?引起ABS系统工作?正常。 处?J.汽车科技.xx. (4):28232.WANG ZHW,FANG XB,CHEN Y.The wheelspeedsensor inABS andthe signalprocessingJ.Auto Tech2nology.xx. (4):28232.2孙骏,陈彦夫.汽车ABS轮速传感器性能测试系统的研究J.汽车工程.xx.29 (8):6982699.SUN J,CHEN Y F.A studyon testingsystem forwheelspeedsensorinABSJ.Automotive Engineering,xx,29 (8):6982699.3李学慧,丁能根,冯永明.ABS磁电式轮速传感器故障诊断J.机械工程师.xx. (3):1202121.L IX H,D INGN G,FENG YM.The faultdiagnosis ofABSmagic2electric wheel2speedsensorJ.Mechani2cal Engineer,xx, (3):1202121.4陈在峰,宋键,于良耀.汽车防抱死制动系统轮速传感器信号处?J.汽车工程.2000.22 (4):2822285.CHEN ZF,SONG J,YU LY.The p rocessing ofthe signalfromwheelspeedsensorinanti2lock brakesystemJ.Automotive Engineering,2000,22 (4):2822285.5王启瑞,李耀.汽车ABS轮速传感器故障诊断电?设计J.汽车电器,xx (2):56258.WANG QR,L IY.The faultdiagnostic circuitdesign ofABSwheel2speedsensorfor autoJ.Auto Electric,xx, (2):56258.6吴文民,李俄收.车轮速度传感器的构造与维护J.4结论为了解决ABS系统轮速传感器性能测试问题,汽车技术,2000, (9):37238.WU WM,L IE SH.The construction andmaintenance ofwheelspeedsensorJ.Automotive Technique,2000,第3期 (9):37238.汽车ABS轮速传感器性能测试系统的实现?109?作者简介:孙骏:1986?于安徽工学院获得学士学位,1989?于安徽工学院获得硕士学位,xx?于同济大学获得博士学位,现为合肥工业大学机械与汽车工程学院副教授。 主要研究方向为汽车电子与信号技术。 E2mail:sjunes163.Sun Jun,received bachelordegree from Anhui InstituteofEngineering(A IE)in1986,Master degree fromAIE in1989,PhD degreefrom TongjiUniversityinxx,respectively.Now heisan associateprofessor ofSchool ofMechanicaland AutomobileEngineering,Hefei Universityof Technology.The mainresearchfield isautomobile electronicsand signalprocessing.7SHEPHERD G,KRUGL INSKID.V isualC+技术内幕(第6版)M.?