LabVIEW在汽车ABS测试中的应用

摘要: 为了完成汽车ABS 系统的性能测试,依据相关标准,研制了以LabVIEW7. 1 为软件开发环境,USB 八通道同步数据采集卡为硬件基础的MAC - 1 型汽车ABS 测试仪。实现了八个通道同步的时域波形记录,具备车速、轮速记录仪,滑移率- 时间记录仪等测试功能。与车辆传感器进行联调,取得可信的实验数据。

关键词: LabVIEW; ABS; 数据采集滑移率

　引言

　LabVIEW 作为一种功能强大、灵活易用的图形化开发环境在汽车测试中已经得到了广泛的应用。特别是LabVIEW 7 . 1 的Exp ress 技术,在应用程序的编制过程中极大地简化了软件的复杂性,从而使编程效率提高, 运行错误率降低。本文主要介绍给读者的,正是LabVIEW 在测控技术中的一个应用实例———LabVIEW 在汽车ABS 测试中的应用。

　　ABS(汽车防抱死制动系统) 是利用ECU (电子控制单元) 自动控制车轮制动力,防止车轮完全抱死,有效地提高车辆制动的稳定性,提高汽车行驶安全性的重要装备之一。ABS 性能试验则是我国汽车性能测试的强制实施项目之一,因而倍受国内汽车生产企业和检测部门的关注。

　　MAC - 1 型汽车ABS 测试仪是受中国汽车技术研究中心委托,根据国家标准《汽车防抱制动装置性能要求和试验方法》和技术文件《ABS 性能综合测试系统》的要求研制的。它的测试程序是在LabVIEW 7. 1 图形化开发环境下生成的。其用户界面主要由八通道波形记录仪、车速轮速记录仪和滑移率- 时间记录仪等构成。硬件主要包括USB 口的八通道同步数据采集卡、车速轮速传感器、触发标定装置和供电电源等。当然,还必须有一台符合要求的笔记本电脑。

　　目前,经过多次与车辆传感器联调,在波形采集、数据传输、分析运算、曲线显示、标定触发等各个环节上都取得了可靠、可信的试验结果,正在等待进行实车路面试验。

　系统构成

图1 给出了测试系统框图。

图2 是MAC - 1 汽车ABS 测试仪的面板图。

　　应用于挂车的ABS 性能测试,有一个车速传感器、六个轮速传感器和一路标定、触发信号,共八个通道。由于传感器结构和轮径的差异,在最高车(轮) 速100 Km/ h 的条件下,它们分别产生一路最高频率为2. 5 KHz (车速) 和六路最高频率为10KHz(轮速) ,峰值为6～12V 的正极性方脉冲信号。而标定、触发信号则为单次尖脉冲,峰值10V、底宽5ms。实车路面试验时,每个通道的数据记录长度不得少于10 秒钟。

　　根据上述要求,我们采用了一块USB (2. 0) 口的八通道同步数据采集卡, 其最高采样率为50 KHz/ CH。数采卡、传感器和标定触发电路均采用专用电池供电,以确保系统工作的可靠性。由于试验时,要求数据传输速率高、数据存储量大和数据处理速度快,所以对笔记本电脑的性能提出了较高的要求。

LabVIEW测试程序

根据相关国家标准和技术文件, 基于LabVIEW 7. 1 图形化软件平台,开发了汽车ABS 试验的相关测试程序。从测控技术角度来看,实车路面试验的测试过程主要有三步。

　　首先是进行路面标定。即在一定的车速下,精确记录30 米距离上一个车速传感器、六个轮速传感器产生的脉冲数,并将其记入数据库,作为计算车速、轮速的基准数据之一。脉冲数的计数区间由标定通道采集的两个标定脉冲所定义,而这两个标定脉冲则对应于铺设在试验路面上的两个标定传感器。这样做的主要目的是:尽可能地减少由于轮径和路面差异而造成的测试误差。

　　第二步是采集强制动车况时的车速、轮速信号。当在试验路面上,软件界面显示达到预定车速时,人为的给出记录数据的标记脉冲,同时司机对汽车采取强制动措施。在程序控制下,数据采集器同步、实时地采集车速、轮速脉冲的时域波形并通过USB 口传给笔记本电脑内存。

　　第三步是按照相关国家标准和技术文件的规定对实测数据进行运算处理和表达显示。其内容和项目很多,在此仅列举一项———“滑移率”作为典型说明。滑移率是表征在车辆制动时车速和轮速之间存在的速度差大小的参数,其值为0 %～100 %。当滑移率处于最佳状态时(与试验路面相关) ,汽车的制动效率高,而且汽车方向的稳定性和可操纵性也好。它是进行汽车ABS 性能试验考核的核心指标之一。

　　下面给出基于LabVIEW7. 1 测试程序的几个主要界面,并作简要说明。

八通道波形记录仪

　图3 给出了八通道波形记录仪的用户界面———前面板。从图3 中可以看出,八通道波形记录仪的前面板是由一个波形图(Waveform Grap h) 指示器和两个布尔量控制器组成的,十分简单直观。关于数据采集参数设置和列表控制的若干控件均已被隐藏。其功能主要是实现八通道时域波形的实时显示和它们的简单测量,以及波形保存和程序运行控制。

　　图4 给出了八通道波形记录仪的源代码(部分) ———程序框图。构成图4 所示八通道波形记录仪程序框图的主要源代码有: 顺序结构( Sequence St ruct ure) 、选择

结构(Case St ructure) 、While 循环(While Loop ) 、数组处理节点、数值运算节点以及数据采集卡与LabVIEW 通信用驱动程序的若干个子VI。它们主要完成数据采集过程中的各项工作。如:初始化,采样点、采样频率设置,通道配置,板卡信息读取,采样状态的识别与控制等等。

车速、轮速记录仪

　　图5 是车速记录仪给出的车速—时间曲线。图6 是轮速记录仪显示的轮速—时间曲线。

　　实车路面试验时,应该是一个车速曲线,六个轮速曲线。但在实验室条件下,只获得了一个车速和一个轮速曲线。速度单位是: 公里/ 小时( Km/ h) 。时间单位是:秒( s) 。根据技术文件的推荐,在一定速度条件下,可以选择每20ms 作为一个区间,取此区间内脉冲数的平均值作为曲线的一个速度点值。图5 ,图6 的横坐标都是0～500 的浮点数,所以它们表示的时间范围是0～10s。由于篇幅的关系,没

有给出程序框图。其主要思路是,不论是车速还是轮速,都以标定得到的30 米脉冲个数作为距离标尺,再以20ms 区间内得到的脉冲个数作为参比值,求得一个速度点的20ms 平均值。依次类推,分别得到车速、轮速曲线。所以,程序框图中的主要源代码有字符串处理函数节点、For 循环、电子表格处理节点、数学运算节点和接口子VI 等。

滑移率—时间曲线

　 图7 所示为滑移率—时间曲线。

　　关于滑移率的基本概念,前面已做过简要介绍。它是衡量汽车ABS 性能的重要指标。当滑移率为零时,表示车速、轮速相等,不存在制动问题。当滑移率为100 %时,表示车轮已抱死,汽车失去方向稳定性和可操纵性。汽车ABS 的核心任务就是防止车轮抱死,在汽车强制动过程中,保持滑移率处于最佳状态。因此,滑移率—时间曲线是汽车ABS 试验的重要内容之一。尽管图7 所示的滑移率—时间曲线不是实车路面试验曲线,而是在试验室条件下,用传感器模拟得到的。但曲线的趋势是有典型性,能够说明问题。滑移率—时间曲线是在车速、轮速曲线的基础上经过数学运算得到的。所以,其程序框图的源代码与车速、轮速曲线程序框图的源代码大同小异。

结束语

综上所述,笔者有如下看法:

　　1. MAC-1 型汽车ABS 测试仪是虚拟仪器技术在汽车电子测试中的应用实例。它依托计算机的丰富资源,以软件(LabVIEW) 为核心,硬件(数据采集卡) 为基础,智能化地完成信号采集、数据处理和结果表达等功能。是汽车电子、电器测试仪器技术的发展方向。

　　2. 以LabVIEW 图形化开发环境为软件平台开发的应用程序除了界面直观、灵活易用之外,还有一个显著特点,那就是在产品不断更新,技术要求经常变化的过程中,一线技术人员可以更容易地参与或直接进行应用程序的修改和提升。效率高了,花钱少了,是一举数得的大好事。

　　3. 在进行实车路面试验时,测试人员坐在副驾驶的位置上,怀抱笔记本电脑,操作键盘,运行程序。在100 Km/ h 的车速下,突然刹车,其危险性是人所共知的,今后可以考虑采用实车采集存储,事后显示处理的方式。这样既提高了乘员的安全性,又大大增加了数据采集卡的选择范围和数据传输的性能。

　　4. 目前已完成的只是阶段段性的成果,要在实车路面试验中稳定可靠的实际应用,不论是软件还是硬件,都还有很多工作要做。