一種基于磁電編碼器的雨刮器轉角自動測量系統設計

徐蘭欣，安自英，翟增廣，安志峰

(長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心,河北保定 071000)

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一種基于磁電編碼器的雨刮器轉角自動測量系統設計

徐蘭欣，安自英，翟增廣，安志峰

(長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心,河北保定 071000)

結合雨刮器結構特點，基于編碼器開發雨刮器轉角自動測量系統，闡述了磁電編碼器原理、雨刮器結構及系統硬件構成、參數選擇，重點闡述了基于組態王軟件實現自動測量監控的腳本程序設計。

雨刮器；編碼器；轉角自動測量；組態王監控

0　引言

雨刮器作為汽車車身重要的安全部件，承擔著清除擋風玻璃上的雨水、雪花或灰塵的重任，在確保駕駛員行車安全方面起著關鍵作用。長時間使用雨刮片可能存在擺動不均勻或漏刮現象；還有可能出現過刮刷現象，使得刮片同裝飾條、框等接觸；還有可能出現翻轉、橡膠堆積、退化等現象。因此在性能和可靠性試驗中，雨刮器轉角的變化監測是衡量雨刮器品質的一個方便的檢測手段。

1　磁電編碼器的工作原理

編碼器是將電信號或數據轉換成為可用以通信、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器按照工作原理可分為增量式和絕對式兩類，按照本身屬性又可分為光電編碼器和磁電編碼器。磁電編碼器是一種新型的角度或者位移測量裝置，其原理是采用磁阻或者霍爾元件對變化的磁性材料的角度或者位移值進行測量，磁性材料角度或者位移的變化會引起一定電阻或者電壓的變化，通過放大電路對變化量進行放大，通過單片機處理后輸出脈沖信號或者模擬量信號，達到測量的目的。同傳統的光電式和光柵式編碼器相比，磁電式編碼器具有抗振動、抗腐蝕、抗污染、抗干擾和寬溫度的特性，可應用于傳統的光電編碼器不能適應的領域。

磁電編碼器是利用霍爾型傳感器對磁場的變化感應而工作的編碼器，也稱為霍爾磁電絕對值編碼器，與光學式絕對值編碼器一樣，為非接觸式絕對值，用于精確測量整個360°范圍內的角度。圖1是一款霍爾式磁電絕對值編碼器。

2　項目要求

雨刷器是通過接收轉載搖臂施力，使膠條刀口達到有效清潔刮拭玻璃面的裝置。

2.1普通電動式雨刮系統的工作原理

如圖2所示，當電機工作時，通過減速箱減速后帶動曲柄做圓周運功，然后通過連桿使搖臂做往返運動，而搖臂又帶動刮臂刮片組件做往返運動以除去玻璃上的雨水、雪或灰塵。

2.2控制要求

根據擋風玻璃雨刮器和洗滌器系統法規對雨刮器產品測試要求，此項目需：(1)點擊“開始”對雨刮器擺臂轉角值進行記錄，時時記錄轉角值，有存儲、查閱、打印等功能，點擊“停止”數據記錄停止；(2)在雨刮器耐久性試驗中每隔10萬次(間隔次數可以任意設定)自動識別記錄一次轉角最大值與最小值，并能存儲記錄、查閱、打印等；(3)能時時顯示雨刮器旋轉角度變化曲線。

3　開發過程

3.1系統硬件設計

3.1.1傳感器選擇

考慮雨刮器旋轉軸機械結構及其與車身周圍空間狹窄等特點，選用型號為MCJSVO10A-180-38AHF系列小型磁性角度編碼器。其電氣參數為：

量程：0～180°；

工作電壓：DC 24 V；

輸出方式：0～10 V；

線性度：≤±0.3%；

防水、防鹽污處理。

3.1.2A/D模塊選擇

A/D模塊采用研華4017數據采集模塊。其電氣參數為：

輸入信號范圍：±150 mV、±500 mV、±1 V、±5 V、±10 V各±20 mA；

輸出： RS485(2-wire)，通信速率1 200、2 400、4 800、9 600、192 000、384 000、576 000、1 152 000 bps；

分辨率：16 bit；

支持協議：ADAM ASCⅡ；

供電電源：10～30 V DC。

3.1.3RS485轉USB通信模塊選擇

通信模塊選用微亞HY-8500，通過此模塊進行數據交換，讀取角度編碼器傳送的雨刮器轉角數據。

3.2系統軟件設計

組態王軟件是一種通用的工業監控軟件，性價比較高。它與IO設備通信一般通過調用*.dll動態庫來實現，不同設備、協議對應不同的動態庫。定義工程中使用的IO設備，通過變量定義實現與IO設備關聯。

3.2.1定義硬件設備并添加工程變量

配置硬件設備后需添加工程中使用的變量即建立數據詞典，它是組態王與下位機進行數據交換的橋梁，包括內存變量和I/O變量，此工程需添加如表1所示變量。

表1　需添加的變量

3.2.2繪制監控畫面

如圖3所示，按照實際工程要求繪制監控畫面，并對其監控開始、停止、記錄表存儲、打印等功能進行畫面設計布置。

3.2.3編寫命令語言

通過下面數據改變命令語言編寫腳本程序以完成上述畫面時時監控記錄。

腳本程序如下：

\本站點轉角=180-\本站點模擬-\本站點零點角度1;

\本站點模擬1=180-\本站點模擬;

if(\本站點開始監測==1)//判斷開關是否打開

{

row=\本站點 +4;

if(\本站點 <=n1)//測試次數小于循環設定次數則繼續執行

{

if(\本站點c==c1&&\本站點轉角最大值<=\本站點轉角)

{

\本站點轉角最大值=\本站點轉角;

}

if(\本站點c==c1&&\本站點轉角最小值>=\本站點轉角)

{

\本站點轉角最小值=\本站點轉角;

}

if(\本站點計數1==c1&&\本站點轉角最小值>=\本站點轉角)

{

\本站點轉角最小值=\本站點轉角;

}

if(\本站點計數1==c1&&\本站點轉角>30) //超過間隔次數執行

{

ReportSetCellString("Report3",row, 1, \本站點$時間);

ReportSetCellValue("Report3", row, 2, \本站點計數);

ReportSetCellValue("Report3",row,3, \本站點轉角最大值);

ReportSetCellValue("Report3",row,4, \本站點轉角最小值);

\本站點轉角最大值=-10;

\本站點轉角最小值=360;

\本站點c=1;//重新計數

\本站點計數1=0;

\本站點 =\本站點 +1; //完成一次測試次數加1

}

}

}

其他諸如系統報警、歷史數據記錄等功能配置和最后運行工程都比較簡單，這里不再贅述。

4　結束語

雨刮器擺臂角度大小是衡量雨刮器性能好壞的重要指標。此測試系統操作簡單，安裝方便，可有效保證傳感器感應和采集信號的精準度，為雨刮器性能、可靠性及品質測量提供方便實用的測試手段和工具。

【1】王煜東．傳感器及應用[M]．北京：機械工業出版社,2003．

【2】紀曉鵬.轎車制動力分配與軸荷分配的匹配關系[J].上海汽車，2002(9)：4-5．

【3】2011 亞控公司6.5初級培訓教程[M]．

Design of Automatic Measurement System for the Screen Wiper Angle Based on Magnetic Encoder

XU Lanxin，AN Ziying，ZHAI Zengguang，AN Zhifeng

(Great Wall Motor Co.， Ltd., Hebei Automobile Technology Research Center, Baoding Hebei 071000, China)

Based on the structure features of screen wiper, an automatic angle measurement system was designed based on encoder. The principle of the magnetic encoder, the structure of the screen wiper,the hardware form and parameters selection of the system were introduced. Based on Kingview software, the footprint program of the automatic angel measurement system was emphasized.

Screen wiper; Encoder; Automatic angle measurement; Kingview monitoring

2015-03-25

徐蘭欣(1969—)，女，本科，高級工程師，研究方向為新能源汽車和自動化。E-mail:cyzbxny@gwm.cn。