1  引言

連接在汽車傳動(dòng)軸上的車速傳感器，用來(lái)反映汽車的速度，它的好壞直接關(guān)系到汽車行駛的質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)可靠的車速傳感器是汽車中必不可少的重要部件。以往國(guó)內(nèi)對(duì)車速傳感器的檢測(cè)是靠人工使用示波器觀察來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故效率低、精度差。現(xiàn)研制成功的這套汽車傳感器總檢系統(tǒng)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為工具，以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)為手段，對(duì)車速傳感器的性能進(jìn)行檢測(cè)與分析，并應(yīng)用誤差分析理論，在檢測(cè)中解決了以前不能克服的誤差，使車速傳感器的出廠合格率確保在100%的水平。

2  系統(tǒng)的組成及工作原理

本系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)多任務(wù)分級(jí)控制系統(tǒng)，控制實(shí)現(xiàn)車速傳感器的運(yùn)行工況，同時(shí)對(duì)車速傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣。軟件完成人機(jī)交換界面并且發(fā)送控制指令、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)自檢及維護(hù)、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)等任務(wù)。系統(tǒng)主要組成部分框圖見(jiàn)圖1。

應(yīng)用模糊推理功能實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)自整定的控制器，是在常規(guī)PID控制器的基礎(chǔ)上，采用模糊推理思想，根據(jù)不同的輸入誤差和誤差變化率，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行在線自整定的控制。因此，使調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面特性得到了提高。程控電源內(nèi)部是采用反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)單片

         
圖1   系統(tǒng)的組成框圖

機(jī)對(duì)輸入量在給定的穩(wěn)態(tài)誤差內(nèi)對(duì)輸出量進(jìn)行調(diào)整。以上系統(tǒng)的輸入值與計(jì)算機(jī)的設(shè)定值之間形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用樣條插值法建立一種函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)試編程完成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的精確調(diào)控。運(yùn)用軟件的方法可以減少對(duì)硬件設(shè)備的需要，縮短產(chǎn)品的調(diào)試和開(kāi)發(fā)周期。

示波卡是基于計(jì)算機(jī)ISA總線的虛擬測(cè)量?jī)x器，它采用雙通道A/D工作方式，其A/D轉(zhuǎn)速頻率最高可達(dá)到40MHz，測(cè)量信號(hào)范圍為±20ｍＶ～±20Ｖ，測(cè)量誤差<滿度的1%，采樣深度為8792bit。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程直接控制其硬件的操作，如交直流信號(hào)的切換、觸發(fā)模式、采樣頻率、是否濾波等，最終將結(jié)果送入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。

控制指令通過(guò)操作按鈕輸入，再通過(guò)DI板(PC2812PG)傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)接收指令，按軟件設(shè)定的值，通過(guò)D/A(PCL728)帶正負(fù)電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)給定值通過(guò)PID控制器控制電動(dòng)機(jī)以給定值旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)另一個(gè)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器向程控電源發(fā)送一個(gè)設(shè)定的電壓值。程控電源通過(guò)單片機(jī)控制向車速傳感器輸出穩(wěn)定的工作電壓。此時(shí)車速傳感器在給定的工況下工作，輸出脈沖信號(hào)。示波卡在給定的采樣頻率下對(duì)信號(hào)采樣，其采樣數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)最后通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析計(jì)算將結(jié)果在系統(tǒng)界面顯示并保存。

3        系統(tǒng)的主要測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試方法

3.1 測(cè)試項(xiàng)目及要求　

車速傳感器主要由一個(gè)八極磁鋼、霍爾傳感器和放大電路組成，如圖2所示。電機(jī)帶動(dòng)磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因磁場(chǎng)的變化，每轉(zhuǎn)一圈霍爾傳感器產(chǎn)生8個(gè)脈沖波，經(jīng)放大電路放大后輸出，用計(jì)算機(jī)對(duì)在不同轉(zhuǎn)速下的波形進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采集、分析，得出以下下7項(xiàng)數(shù)據(jù)，技術(shù)指標(biāo)(以法國(guó)雪鐵龍汽車公司技術(shù)要求設(shè)定)是:

1)     頻率(3000ｒ/ｍｉｎ時(shí))400Ｈｚ±1Ｈｚ;

2)     高電平11.2～12.2Ｖ±0.1V；

3)     低電平1.0～2.3Ｖ±0.1Ｖ;

4)     占空比50%±10%;

5)     上升時(shí)間<100μｓ;

6)     下降時(shí)間<100μｓ;

7)     周期精度<10%。

圖2   車速傳感器的組成

3.2   誤差分析

按照誤差的性質(zhì)和特點(diǎn)，誤差可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差三類。下面的討論主要圍繞著測(cè)量數(shù)據(jù)的頻率和幅值，如何減小系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。

系統(tǒng)誤差的消除系統(tǒng)誤差是由固定不變的或按確定規(guī)律變化的因素所造成，這些誤差因素是可以掌握的。在本系統(tǒng)中計(jì)算頻率的系統(tǒng)誤差主要是由D/A轉(zhuǎn)換的非線性所引起的。本系統(tǒng)根據(jù)示波器的校正結(jié)果使用軟件方法對(duì)D/A輸出進(jìn)行線性化處理。

隨機(jī)誤差是由很多暫時(shí)未能掌握或難以掌握的微小因素所構(gòu)成。經(jīng)分析本系統(tǒng)中構(gòu)成隨機(jī)誤差的因素主要有以下幾方面: 1)測(cè)量裝置方面的因素: 如電機(jī)與車速傳感器之間配合的不穩(wěn)定性。2)環(huán)境方面的因素: 如電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電磁場(chǎng)對(duì)波形數(shù)據(jù)的干擾。3)方法方面的因素: 計(jì)算時(shí)產(chǎn)生的舍入誤差。因這些噪聲頻譜往往很寬，且具有隨機(jī)性，采用硬件防干擾措施只能抑制某個(gè)頻率段的干擾，仍有一些干擾會(huì)侵入系統(tǒng)，故除了采取硬件防干擾方法外，還要采取軟件防干擾措施，即可以通過(guò)數(shù)字濾波技術(shù)剔除虛假信號(hào)，求取真值。

本系統(tǒng)采用防脈沖干擾平均值濾波法，即將Ｎ個(gè)采樣數(shù)據(jù)中的最大值和最小值去掉，然后計(jì)算Ｎ-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。而Ｎ太大會(huì)降低測(cè)量速度，太小又會(huì)使波形失真，因此在實(shí)際取值時(shí)是根據(jù)采樣頻率的大小，使用示波器對(duì)比調(diào)試而定。

3.3 波形分析的實(shí)現(xiàn)

測(cè)試車速傳感器參數(shù)時(shí)，軟件設(shè)定用4096個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)其旋轉(zhuǎn)1周所輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣。則有:f2 =4096×f1、ｔ=1/f2，其中f1為電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率（為設(shè)定值），f2為采樣頻率，ｔ為采樣間隔時(shí)間。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)t是不變的，這樣波形分析就變成對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。所以，程序的難點(diǎn)在于如何正確的找出波形的4個(gè)跳變點(diǎn)。

在計(jì)算參數(shù)時(shí)可通過(guò)遞推平均法追蹤矩形波的取值起點(diǎn)，即將Ｎ個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)看成一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列的長(zhǎng)度為Ｎ，每取一次值，就把其放入隊(duì)尾，而扔掉原來(lái)隊(duì)首的數(shù)據(jù)，這樣隊(duì)列中始終有Ｎ個(gè)值，對(duì)Ｎ個(gè)值求平均值并保存為Ｎ1，再進(jìn)行下一個(gè)計(jì)算保存為Ｎ2，取其差值Ｎ3=|Ｎ1-Ｎ2|，設(shè)定一個(gè)誤差值δ，如果Ｎ3∈[-|δ|，+|δ|]，則認(rèn)為剛?cè)拥舻臄?shù)據(jù)為高 電平或低電平的采樣起點(diǎn)。同理Ｎ3  [-|δ|，+|δ|]，則認(rèn)為剛放入隊(duì)尾的數(shù)據(jù)為高

電平或低電平的采樣終點(diǎn)。

高電平Ｕｍａｘ可通過(guò)對(duì)高電平起點(diǎn)和終點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)取算術(shù)平均求得，同理可求出低電平Ｕｍｉｎ。

上升時(shí)間ｔ1可通過(guò)計(jì)算低電平終點(diǎn)和高電平起點(diǎn)之間的采樣個(gè)數(shù)ｎ，利用ｔ1=ｎ×ｔ求得。同理，可求得下降時(shí)間ｔ2、周期精度、占空比。

以上的測(cè)試參數(shù)，為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，在實(shí)際測(cè)量時(shí)是經(jīng)過(guò)多次測(cè)量求其平均值而得。

4        結(jié)語(yǔ)

   本檢測(cè)系統(tǒng)采用Visual C++ 6.0作為開(kāi)發(fā)工具，以中文Windows 2000作為開(kāi)發(fā)環(huán)境。使車速傳感器的生產(chǎn)歸于科學(xué)化，檢驗(yàn)規(guī)范化，從而使國(guó)產(chǎn)車速傳感器的生產(chǎn)達(dá)到汽車工業(yè)的國(guó)際水平。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行一年多來(lái)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)技術(shù)要求，并已通過(guò)驗(yàn)收。目前的系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、波形顯示、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)查詢打印于一體，屬于功能比較完備的檢測(cè)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

【1】       侯國(guó)章.測(cè)試與傳感器技術(shù).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1998

【2】       楊惠連,張　濤.誤差理論與數(shù)據(jù)處理.天津:天津大學(xué)出版社,1992

【3】       周金萍,徐丙立等.Windows 系統(tǒng)編程.北京:人民郵電出版社,2002