[NI技术]基于Labview 的马自达线控换挡电 信号检测平台.doc

NI技术基于Labview 的马自达线控换挡电 信号检测平台我们应用了NI公 司的PXI6259 和 labview2011 软件平台进行了开发 设计。由于其丰富的 I/O资源和功能强 大的属性节点，成功 地实现了本次项目中 的各项技术要求：动 态采样，脉冲触发状 态机状态改变和生产 者消费者模型用于实 时处理信号等。成功 地帮助我们设计了一 套令包括福特，马自 达，大众等国内知名 整车厂信赖的线控换 挡检验平台，为线控 换挡向市场的推广打 下了坚实的基础。- 何 海龙,平台的具体流程图The Challenge:汽车线控换挡相对于 传统的机械拉锁式不 但机构得到了简化， 成本大幅降低，而且 增加了驾驶员的舒适 度，成为未来汽车动 力总成发展的一个趋 势。线控换挡的原理 是利用不同挡位对应 的不同电信号向换挡 控制器传达驾驶员的 操作意愿，换挡控制 器控制集成在变速箱 内部的机械部分实现 换挡。由于车内的工 作环境复杂（包括温 度，震动和电磁波等 干扰），电子信号易 受到干扰，错误的电 信号会引起错误的换 挡，这在行车过程中 是非常危险的，因此 有必要在线控换挡设 备投产前进行耐久试 验，而且不但要监测 某一个挡位的稳态信 号，还要监测挡位变 化过程中的电信号。 所以研发一个实时的 电信号的检测平台变 得十分重要。The Solution:程序方面，基于 NI- PXI6259丰富 的输入输出资源，充 分利用DAQmx的 属性节点，实现了利 用脉冲控制的状态机 模型以及根据外部电 平的高低实现电平窗 采样的动态采样机 制；结合生产者消费 者的模型建立了基于 队列的信号实时的输 入，输出与处理；结 合容错机制，排除信 号变化过程中瞬态变 化的影响。硬件方 面，利用伺服电机和 位置传感器控制换挡 器在不同挡位间循环 移动，同时在状态变 化时输出脉冲和拉高 采样电平，从而实现 在不同状态下实时处 理信号。Author (s):何 海龙 -1 、 引言随着线控技术的发 展，线控换挡技术正 在逐步取代传统的机 械拉锁式换挡，成为 未来汽车动力总成的 发展趋势，并且为智 能化汽车打下基础。 线控换挡技术有很多 优势，比如成本更 低，换挡更平顺，驾 驶员更加舒适，节省 车内室空间等等。但 是一个阻碍其扩展市 场的因素是人们对线 控换挡信号准确性的 担忧。由于车内动力 总成部分工作环境复 杂，很容易让工程师 们怀疑电子信号的准 确性。如果驾驶员的 意愿是升挡，但由于 受干扰而产生错误的 电信号，车辆很可能 换到减挡或者空挡 等，这在行车的过程 中是非常危险的。作为线控换挡的零部 件厂有必要向客户整 车厂证明线控换挡的 电信号是可以信赖 的。证明的最佳方法 是通过一个耐久试 验，从而证明线控换 挡的信号在高达几十 万次的换挡过程中不 会出现错误。本耐久试验平台利用 PXI6259较高 的采样速率以及高速 的信号处理速率，实 时地判断信号是否正 确，是否与挡位相对 应。记录下错误的信 号数量，结合总共的 采样量和允许的容错 率判断这一状态是否 合格。2 、 线控挡位电信号监测 平台设计背景和原则线控换挡的电信号的 准确性至关重要，静 态和瞬态的信号都要 监测其准确性，而且 那有一定的持久性。平台的具体流程图如 下所示：1/6A. 伺 服电机和位置传感器 协同工作，控制换挡 器按照设定好的工况 循环变化挡位位置， 从而实现挡位信号的 改变。B. 伺 服电机在挡位变化前 向PXI6259发 送脉冲信号，改变程 序中的状态机状态， 同时还发送电平信 号，结合电平信号控 制PXI659采样 的时间窗，实现根据 各个换挡过程的动态 采样。C. PXI6259根据 状态机状态，判断挡 位信号传感器的信号 组合是否满足要求。 由于电信号变化过程 中 必然经历过度状态， 会判断出错，但这个 错误占总采样量份额很少，而且并不影响 正常换挡，因此引入 容错率，当计数的错 误数量超过容错率 时，判断出错并记录 下来。D. 台 式上位机提供用户人 机交互的界面，供实 验者设定耐久试验的 循环次数，挡位传感 器高低电平范围，指 定各种电信号的输入 通道，观察各个挡位 的错误状况等。3 、 程序框图整体设计3.1 脉冲计数由于脉冲计数独立于 信号采集和处理，因 而程序中采用独立的 循环模式，但是用错 误簇指定了程序的执 行顺序。由于实验实 在模拟车内复杂环境 的实验室内进行，周 围人为加上复杂的电 磁干扰，因此有必要 调用DAQmx通道 的数字滤波属性节 点，从而抑制了干扰 信号对脉冲计数的影 响。3.2 电平窗采样由于在执行机构换挡 的过程中，各个挡位 停留的时间不一样， 而且采样必须尽量覆 盖整个换挡过程，因 此，采用电平窗动态 采样的方法实现。具 体的方法为调用 DAQmx触发的属 性节点，在输入电平 为高电平的时候进行 采样，低电平的时候 停止采样。3.3 连续采样为了实时进行采样并 且读取出来，进行连 续采样，采样读取 vi的间隔设为- 1，将采得的电信号 输入到队列中去2/63.4 状态机状态 的改变和信号的处理将队列输出vi放入 一个while循环 模块中，只要队列中 存在信号，信号处理 模块中的队列输出就 会输出信号，脉冲计 数模块计数的脉冲值 作为一个局部变量来 改变状态机的状态。信号处理模块采用子 vi3.5 错误判断和 数据记录由于在挡位变换过程 中，一定有电平的过 度状态，因此一定会 出现规则下的错误， 但是这些错误实际中 不影响换挡，因此要 排除掉这些错误，引 入了错误容限。当确 实存在挡位的错误信 号的时候，并且数量 足够多，超过容限 时，程序就会记录下 来相应的挡位信号值 以及出错的位置（第 几次循环）3/6即使出现错误信号， 但是如果没有超过容 错率的话，数据不予 记录，否则几十万次 试验下来的数据量非 常大，会占用大量资 源。4 、 前面板设计前面板包括信号，电 平和脉冲等输入通道 的设定，还有挡位的 状态指示以及相应的 错误次数记录等。为 了便于区分不同功 能，采用了选项卡设 计的方法。在初始化设置这个选 项卡界面，包括了传 感器的输入通道，脉 冲，电平的输入通 道，挡位信号电平的 高低范围等。在挡位运行显示这个 选项卡界面中，用布 尔灯标示出挡位的状 态，同时显示各个状 态的错误显示，一个 总的耐久循环次数显 示和一个紧急停止 键。4/6在运行状态图这个选 项卡中，运行状态及 其对应的传感器信号 值相应标示出来，便 于试验人员的调试和 监测。5 、 现场试验测试现场试验的步骤是A. 将 换挡器固定在实验平 台上，固定好相应的 位置传感。B. 配 置好伺服电机的控制 程序，使其能按照设 定的工况控制换挡器 持续工作，同时在规 定时机向 PXI6259发送 脉冲和高低电平。C. 配 置好台式电脑上的上 位机，设定信号的输 入通道，观察运行状 态是否与实际状态同 步，如果同步，则可 以开始正式试验。6 、 结论在监测线控换挡信号 准确性的耐久试验 中，我们应用了NI 公司的 PXI6259和 labview2011 软件平台进行了开发 设计。由于其丰富的 I/O资源和功能强 大的属性节点，成