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- 何 海龍,
挑戰(zhàn):
汽車線控?fù)Q擋相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械拉鎖式不但機(jī)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，成本大幅降低，而且增加了駕駛員的舒適度，成為未來汽車動(dòng)力總成發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。線控?fù)Q擋的原理是利用不同擋位對(duì)應(yīng)的不同電信號(hào)向換擋控制器傳達(dá)駕駛員的操作意愿，換擋控制器控制集成在變速箱內(nèi)部的機(jī)械部分實(shí)現(xiàn)換擋。由于車內(nèi)的工作環(huán)境復(fù)雜（包括溫度，震動(dòng)和電磁波等干擾），電子信號(hào)易受到干擾，錯(cuò)誤的電信號(hào)會(huì)引起錯(cuò)誤的換擋，這在行車過程中是非常危險(xiǎn)的，因此有必要在線控?fù)Q擋設(shè)備投產(chǎn)前進(jìn)行耐久試驗(yàn)，而且不但要監(jiān)測(cè)某一個(gè)擋位的穩(wěn)態(tài)信號(hào)，還要監(jiān)測(cè)擋位變化過程中的電信號(hào)。所以研發(fā)一個(gè)實(shí)時(shí)的電信號(hào)的檢測(cè)平臺(tái)變得十分重要。
解決方案:
程序方面，基于NI-PXI6259豐富的輸入輸出資源，充分利用DAQmx的屬性節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了利用脈沖控制的狀態(tài)機(jī)模型以及根據(jù)外部電平的高低實(shí)現(xiàn)電平窗采樣的動(dòng)態(tài)采樣機(jī)制；結(jié)合生產(chǎn)者消費(fèi)者的模型建立了基于隊(duì)列的信號(hào)實(shí)時(shí)的輸入，輸出與處理；結(jié)合容錯(cuò)機(jī)制，排除信號(hào)變化過程中瞬態(tài)變化的影響。硬件方面，利用伺服電機(jī)和位置傳感器控制換擋器在不同擋位間循環(huán)移動(dòng)，同時(shí)在狀態(tài)變化時(shí)輸出脈沖和拉高采樣電平，從而實(shí)現(xiàn)在不同狀態(tài)下實(shí)時(shí)處理信號(hào)。
1、 引言
隨著線控技術(shù)的發(fā)展，線控?fù)Q擋技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械拉鎖式換擋，成為未來汽車動(dòng)力總成的發(fā)展趨勢(shì)，并且為智能化汽車打下基礎(chǔ)。線控?fù)Q擋技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，比如成本更低，換擋更平順，駕駛員更加舒適，節(jié)省車內(nèi)室空間等等。但是一個(gè)阻礙其擴(kuò)展市場(chǎng)的因素是人們對(duì)線控?fù)Q擋信號(hào)準(zhǔn)確性的擔(dān)憂。由于車內(nèi)動(dòng)力總成部分工作環(huán)境復(fù)雜，很容易讓工程師們懷疑電子信號(hào)的準(zhǔn)確性。如果駕駛員的意愿是升擋，但由于受干擾而產(chǎn)生錯(cuò)誤的電信號(hào)，車輛很可能換到減擋或者空擋等，這在行車的過程中是非常危險(xiǎn)的。
作為線控?fù)Q擋的零部件廠有必要向客戶整車廠證明線控?fù)Q擋的電信號(hào)是可以信賴的。證明的最佳方法是通過一個(gè)耐久試驗(yàn)，從而證明線控?fù)Q擋的信號(hào)在高達(dá)幾十萬次的換擋過程中不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。
本耐久試驗(yàn)平臺(tái)利用PXI6259較高的采樣速率以及高速的信號(hào)處理速率，實(shí)時(shí)地判斷信號(hào)是否正確，是否與擋位相對(duì)應(yīng)。記錄下錯(cuò)誤的信號(hào)數(shù)量，結(jié)合總共的采樣量和允許的容錯(cuò)率判斷這一狀態(tài)是否合格。
2、 線控?fù)跷浑娦盘?hào)監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)背景和原則
線控?fù)Q擋的電信號(hào)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，靜態(tài)和瞬態(tài)的信號(hào)都要監(jiān)測(cè)其準(zhǔn)確性，而且那有一定的持久性。
平臺(tái)的具體流程圖如下所示：
A. 伺服電機(jī)和位置傳感器協(xié)同工作，控制換擋器按照設(shè)定好的工況循環(huán)變化擋位位置，從而實(shí)現(xiàn)擋位信號(hào)的改變。
B. 伺服電機(jī)在擋位變化前向PXI6259發(fā)送脈沖信號(hào)，改變程序中的狀態(tài)機(jī)狀態(tài)，同時(shí)還發(fā)送電平信號(hào)，結(jié)合電平信號(hào)控制PXI659采樣的時(shí)間窗，實(shí)現(xiàn)根據(jù)各個(gè)換擋過程的動(dòng)態(tài)采樣。
C. PXI6259根據(jù)狀態(tài)機(jī)狀態(tài)，判斷擋位信號(hào)傳感器的信號(hào)組合是否滿足要求。由于電信號(hào)變化過程中 必然經(jīng)歷過度狀態(tài)，會(huì)判斷出錯(cuò)，但這個(gè)錯(cuò)誤占總采樣量份額很少，而且并不影響正常換擋，因此引入容錯(cuò)率，當(dāng)計(jì)數(shù)的錯(cuò)誤數(shù)量超過容錯(cuò)率時(shí)，判斷出錯(cuò)并記錄下來。
D. 臺(tái)式上位機(jī)提供用戶人機(jī)交互的界面，供實(shí)驗(yàn)者設(shè)定耐久試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)，擋位傳感器高低電平范圍，指定各種電信號(hào)的輸入通道，觀察各個(gè)擋位的錯(cuò)誤狀況等。
3、 程序框圖整體設(shè)計(jì)
3.1 脈沖計(jì)數(shù)
由于脈沖計(jì)數(shù)獨(dú)立于信號(hào)采集和處理，因而程序中采用獨(dú)立的循環(huán)模式，但是用錯(cuò)誤簇指定了程序的執(zhí)行順序。由于實(shí)驗(yàn)實(shí)在模擬車內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，周圍人為加上復(fù)雜的電磁干擾，因此有必要調(diào)用DAQmx通道的數(shù)字濾波屬性節(jié)點(diǎn)，從而抑制了干擾信號(hào)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的影響。
3.2 電平窗采樣
由于在執(zhí)行機(jī)構(gòu)換擋的過程中，各個(gè)擋位停留的時(shí)間不一樣，而且采樣必須盡量覆蓋整個(gè)換擋過程，因此，采用電平窗動(dòng)態(tài)采樣的方法實(shí)現(xiàn)。具體的方法為調(diào)用DAQmx觸發(fā)的屬性節(jié)點(diǎn)，在輸入電平為高電平的時(shí)候進(jìn)行采樣，低電平的時(shí)候停止采樣。
3.3 連續(xù)采樣
為了實(shí)時(shí)進(jìn)行采樣并且讀取出來，進(jìn)行連續(xù)采樣，采樣讀取vi的間隔設(shè)為-1，將采得的電信號(hào)輸入到隊(duì)列中去
3.4 狀態(tài)機(jī)狀態(tài)的改變和信號(hào)的處理
將隊(duì)列輸出vi放入一個(gè)while循環(huán)模塊中，只要隊(duì)列中存在信號(hào)，信號(hào)處理模塊中的隊(duì)列輸出就會(huì)輸出信號(hào)，脈沖計(jì)數(shù)模塊計(jì)數(shù)的脈沖值作為一個(gè)局部變量來改變狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)。
信號(hào)處理模塊采用子vi
3.5 錯(cuò)誤判斷和數(shù)據(jù)記錄
由于在擋位變換過程中，一定有電平的過度狀態(tài)，因此一定會(huì)出現(xiàn)規(guī)則下的錯(cuò)誤，但是這些錯(cuò)誤實(shí)際中不影響換擋，因此要排除掉這些錯(cuò)誤，引入了錯(cuò)誤容限。當(dāng)確實(shí)存在擋位的錯(cuò)誤信號(hào)的時(shí)候，并且數(shù)量足夠多，超過容限時(shí)，程序就會(huì)記錄下來相應(yīng)的擋位信號(hào)值以及出錯(cuò)的位置（第幾次循環(huán)）
即使出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)，但是如果沒有超過容錯(cuò)率的話，數(shù)據(jù)不予記錄，否則幾十萬次試驗(yàn)下來的數(shù)據(jù)量非常大，會(huì)占用大量資源。
4、 前面板設(shè)計(jì)
前面板包括信號(hào)，電平和脈沖等輸入通道的設(shè)定，還有擋位的狀態(tài)指示以及相應(yīng)的錯(cuò)誤次數(shù)記錄等。為了便于區(qū)分不同功能，采用了選項(xiàng)卡設(shè)計(jì)的方法。
在初始化設(shè)置這個(gè)選項(xiàng)卡界面，包括了傳感器的輸入通道，脈沖，電平的輸入通道，擋位信號(hào)電平的高低范圍等。
在擋位運(yùn)行顯示這個(gè)選項(xiàng)卡界面中，用布爾燈標(biāo)示出擋位的狀態(tài)，同時(shí)顯示各個(gè)狀態(tài)的錯(cuò)誤顯示，一個(gè)總的耐久循環(huán)次數(shù)顯示和一個(gè)緊急停止鍵。
在運(yùn)行狀態(tài)圖這個(gè)選項(xiàng)卡中，運(yùn)行狀態(tài)及其對(duì)應(yīng)的傳感器信號(hào)值相應(yīng)標(biāo)示出來，便于試驗(yàn)人員的調(diào)試和監(jiān)測(cè)。
5、 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試
 
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的步驟是
A. 將換擋器固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，固定好相應(yīng)的位置傳感。
B. 配置好伺服電機(jī)的控制程序，使其能按照設(shè)定的工況控制換擋器持續(xù)工作，同時(shí)在規(guī)定時(shí)機(jī)向PXI6259發(fā)送脈沖和高低電平。
C. 配置好臺(tái)式電腦上的上位機(jī)，設(shè)定信號(hào)的輸入通道，觀察運(yùn)行狀態(tài)是否與實(shí)際狀態(tài)同步，如果同步，則可以開始正式試驗(yàn)。
6、 結(jié)論
在監(jiān)測(cè)線控?fù)Q擋信號(hào)準(zhǔn)確性的耐久試驗(yàn)中，我們應(yīng)用了NI公司的PXI6259和labview2011軟件平臺(tái)進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì)。由于其豐富的I/O資源和功能強(qiáng)大的屬性節(jié)點(diǎn)，成功地實(shí)現(xiàn)了本次項(xiàng)目中的各項(xiàng)技術(shù)要求：動(dòng)態(tài)采樣，脈沖觸發(fā)狀態(tài)機(jī)狀態(tài)改變和生產(chǎn)者消費(fèi)者模型用于實(shí)時(shí)處理信號(hào)等。成功地幫助我們?cè)O(shè)計(jì)了一套令包括福特，馬自達(dá)，大眾等國內(nèi)知名整車廠信賴的線控?fù)Q擋檢驗(yàn)平臺(tái)，為線控?fù)Q擋向市場(chǎng)的推廣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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