基于LabVIEW的ABS車載性能檢測系統(tǒng)設(shè)計

左曉芳 , 尤麗華 , 王 云 , 華 軼

(江南大學(xué) 機械工程學(xué)院, 江蘇 無錫 214122)

汽車ABS防抱死制動系統(tǒng)在汽車實際制動過程中可以防止汽車制動時出現(xiàn)的車輪抱死現(xiàn)象,有效提高汽車制動過程中的操縱穩(wěn)定性保障汽車的行駛安全[1]。但是隨著ABS系統(tǒng)使用時間的增長其工作性能會逐步下降,嚴(yán)重時可能導(dǎo)致失靈,給汽車的安全行駛埋下了隱患。因此本文采用LabView圖形化虛擬儀器開發(fā)了汽車ABS在線性能檢測系統(tǒng),采用車載試驗的方式實時的檢測汽車制動過程中的性能參數(shù),與對應(yīng)的ABS系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行比較,實時的檢測ABS系統(tǒng)的使用性能,及時發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行維修或更換,保證行駛安全[2]。

1 檢測方案設(shè)計

ABS性能測試主要考察汽車裝用ABS系統(tǒng)之后,汽車在直線行駛中遇到緊急情況剎車時ABS系統(tǒng)的工作性能,主要體現(xiàn)在汽車的方向穩(wěn)定性和制動距離兩方面。本系統(tǒng)在對ABS性能參數(shù)的檢測方法進(jìn)行設(shè)計時,首先確定了最能表征ABS的系統(tǒng)的制動性能和方向穩(wěn)定性的最大制動距離、滑移率、側(cè)偏量、側(cè)偏角作為ABS待測性能參數(shù),然后根據(jù)各參數(shù)的特點設(shè)計了對應(yīng)的檢測方案。使檢測系統(tǒng)工作時能夠及時正確的響應(yīng),保證采集到的數(shù)據(jù)的完整性,同時選用安裝方便且符合車載檢測快速不解體安裝要求的傳感器,符合運動學(xué)原則。

1.1 制動性能參數(shù)檢測方案確定

制動性能參數(shù)主要包括最大制動距離和滑移率。制動距離是指汽車在剎車過程從開始踩住制動踏板起到完全停止所能前進(jìn)的最大距離,決定汽車制動距離的主要因素有起始制動車速、制動時間、附著力大小[3]。本系統(tǒng)利用車速與制動距離的關(guān)系,在車尾安裝第五輪儀實時的采集車身速度,從踩下制動踏板開始,啟動速度采集程序,實時的顯示對應(yīng)時刻的速度值,同時利用積分的方法,實時對汽車的速度在時間域進(jìn)行積分運算,直到汽車完全停止為止,最終得到汽車的最大制動距離。此方案可以有效避免車輪半徑和車輪滑動的影響,只要實時的對車身速度進(jìn)行積分運算就可以準(zhǔn)確的得到汽車的制動距離曲線,操作方便不受干擾;滑移率指汽車在運動過程中滑動成分所占的比例,是保證汽車在制動過程中能否工作在穩(wěn)定區(qū)的主要因素,也是體現(xiàn)制動效果的關(guān)鍵因素之一[4]。本系統(tǒng)根據(jù)滑移率的定義,利用ABS的車輪角速度傳感器和車尾安裝的第五輪儀實時檢測出車輪角速度和車身速度,經(jīng)過采集系統(tǒng)和信號處理之后,通過labview數(shù)學(xué)節(jié)點,實時的得到汽車在制動過程中的滑移率曲線。

1.2 方向穩(wěn)定性能檢測方案確定

2 檢測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件檢測系統(tǒng)設(shè)計

為使系統(tǒng)的測量精度在最大程度上得到提高,本系統(tǒng)采用了車載試驗的方法[5]。根據(jù)上述ABS性能參數(shù)的檢測方案,系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括傳感器選擇、信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集卡的選擇。檢測系統(tǒng)總體硬件組成如圖1所示。在設(shè)計過程中根據(jù)各個性能參數(shù)的特點,首先從精度、價格等方面通過對比選擇出了最能滿足測量性能的傳感器,主要包括MLA-1KNA踏板力傳感器、接觸式第五輪儀車速傳感器、輪速傳感器、壓電式加速度傳感器和光電式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。然后根據(jù)傳感器輸出信號的類型,針對模擬和數(shù)字信號設(shè)計了不同的信號調(diào)理電路,主要包括信號的放大、濾波、隔離。最后本系統(tǒng)采用滿足車載試驗便攜性要求且與DAQ配套的USB接口的方式的USB-7000系列數(shù)據(jù)采集卡。它既能實現(xiàn)對車速、輪速和方向盤轉(zhuǎn)角數(shù)字信號的直接采集,又能利用其模擬輸入功能將踏板力和加速度模擬信號轉(zhuǎn)化為計算機能夠識別的數(shù)字信號,保證采集到的信號能夠與計算機之間進(jìn)行準(zhǔn)確的通信。

圖1 系統(tǒng)總體硬件組成Fig. 1 Diagram of overall hardware system

2.2 Labview軟件平臺設(shè)計

車載系統(tǒng)的整體軟件檢測流程如圖2所示,測試系統(tǒng)上電以后,先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化,進(jìn)入主界面首先選定待測量,然后進(jìn)行一系列的參數(shù)設(shè)置包括被測信號通道的選擇、采樣參數(shù)的設(shè)置、觸發(fā)方式、測試時間段長度等的設(shè)置,然后進(jìn)入測試狀態(tài),開始相應(yīng)信號的數(shù)據(jù)采集、信號調(diào)理、信號分析和數(shù)據(jù)存儲,實時的得到表征ABS系統(tǒng)性能的特征曲線。

圖2 檢測系統(tǒng)流程圖Fig. 2 Diagram of program flow

2.2.1 主界面設(shè)計

針對ABS性能參數(shù)的特點,本系統(tǒng)設(shè)計了基于LabVIEW的汽車ABS性能測試系統(tǒng)的主界面,采用選項卡控件依次設(shè)計了“登錄系統(tǒng)”、“通道配置”、“數(shù)據(jù)采集”、“濾波”、“數(shù)據(jù)分析”、“歷史數(shù)據(jù)”6個界面,可以較好的實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能和實際應(yīng)用。在實際操作時,點擊相應(yīng)的按鈕即可進(jìn)入對應(yīng)的子程序界面,進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)操作,完成對信號的采集分析和存儲,同時用戶可根據(jù)需要及時的查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù),當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)結(jié)束后點擊“退出系統(tǒng)”即可。通道配置是啟動和停止數(shù)據(jù)采集的相關(guān)界面,該界面可以為數(shù)據(jù)采集過程提供數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)配置,對相關(guān)的參數(shù)設(shè)置好后,就可以啟動數(shù)據(jù)采集,得到相應(yīng)的信號特征。主要包括物理通道的選擇、通道數(shù)據(jù)保存的開關(guān)和時間間隔、采樣模式、采樣輸入方式配置、采樣頻率和最大值最小值設(shè)定。實時數(shù)據(jù)采集界面是啟動采集之后對采集的結(jié)果進(jìn)行實時顯示的界面,通過界面上的波形圖能準(zhǔn)確的實時顯示踏板壓力、車身速度和車輪速度的性能動態(tài)曲線,實現(xiàn)對各個性能參數(shù)的采集[2]。實時數(shù)據(jù)顯示界面如圖3(a)所示;數(shù)據(jù)分析的顯示界面如圖3(b)所示;它可以實現(xiàn)對于ABS系統(tǒng)各個性能參數(shù)曲線的實時顯示，通過對采集到的速度、加速度信號進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)計算，得到對應(yīng)的滑移率曲線、制動距離、車輪加速度和車輪位移的波形實時顯示。

2.2.2 檢測程序設(shè)計

檢測系統(tǒng)程序主要包括測試程序和數(shù)據(jù)保存、查詢程序。測試程序主要包括數(shù)據(jù)采集、濾波程序、數(shù)據(jù)分析程序,具體程序如圖4所示。數(shù)據(jù)采集程序可以有效實現(xiàn)車速、輪速以及加速度的多通道同時采集,實時顯示車載過程中檢測到的車速和輪速信號曲線。再將采集到的信號經(jīng)過濾波之后將送入到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)得到對應(yīng)的制動距離曲線和滑移率曲線,實現(xiàn)ABS性能參數(shù)的采集和分析。最后為了對ABS系統(tǒng)性能參數(shù)的數(shù)據(jù)更好分析,需要及時的把檢測數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中,方便數(shù)據(jù)的查詢和調(diào)用。本系統(tǒng)利用Labview與數(shù)據(jù)庫的鏈接功能,及時的把檢測數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫表格中,同時利用歷史查詢功能可以及時的對保存的性能參數(shù)進(jìn)行查詢。

圖3 系統(tǒng)主界面Fig. 3 Main interface

圖4 數(shù)據(jù)采集分析程序Fig. 4 Data collection and analysis procedures

2.3 車載試驗驗證

為驗證檢測系統(tǒng)的有效性,本設(shè)計進(jìn)行了具體的車載試驗。在試驗過程中汽車的車輪滾動半徑為0.26 m,車輪轉(zhuǎn)動慣量為21。在潮濕路面上以20 m/s的初始度進(jìn)行制動,得到了制動過程中對應(yīng)的車速輪速曲線、滑移率曲線和制動距離曲線。具體曲線如圖5所示。從實驗所得曲線可以看出:輪速能夠滿足始終低于車速的要求;滑移率始終在0.2上下波動滿足最佳滑移率的范圍要求;剎車過程所用時間為的3.5 s,對應(yīng)的最大制動距離為52.89 m,在較短的時間內(nèi)獲得了最短的制動距離。由對應(yīng)性能曲線可以得出防抱死制動系統(tǒng)制動性能優(yōu)良,ABS控制器在整個剎車制動過程中防抱死的作用發(fā)揮良好,能夠保證輪胎獲得最大的地面制動力,從而獲得最短的制動距離。

圖5 車載試驗結(jié)果Fig. 5 Car test results

3 結(jié) 論

文中設(shè)計的基于LabVIEW的汽車ABS車載性能測試系統(tǒng)檢測方法簡單、系統(tǒng)構(gòu)成緊湊、具有柔性擴(kuò)展功能強、操作容易、開發(fā)成本低、周期短、攜帶方便等優(yōu)點,并且克服了目前臺架檢測方式中需要模擬不同路面的附著系數(shù)且模擬不準(zhǔn)確的難題,使得ABS性能檢測系統(tǒng)能夠在汽車實際行駛過程中進(jìn)行性能檢測和試驗,實時的檢測出ABS系統(tǒng)的性能狀況,為ABS系統(tǒng)故障檢測奠定了基礎(chǔ),經(jīng)過試驗本系統(tǒng)性能可靠,既可用于企業(yè)生產(chǎn)、售后檢測維修,還可用于教學(xué)、培訓(xùn)系統(tǒng)。

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