基于LabVIEW的ABS车载性能检测系统设计

左晓芳 , 尤丽华 , 王 云 , 华 轶

(江南大学 机械工程学院, 江苏 无锡 214122)

汽车ABS防抱死制动系统在汽车实际制动过程中可以防止汽车制动时出现的车轮抱死现象,有效提高汽车制动过程中的操纵稳定性保障汽车的行驶安全[1]。但是随着ABS系统使用时间的增长其工作性能会逐步下降,严重时可能导致失灵,给汽车的安全行驶埋下了隐患。因此本文采用LabView图形化虚拟仪器开发了汽车ABS在线性能检测系统,采用车载试验的方式实时的检测汽车制动过程中的性能参数,与对应的ABS系统参数进行比较,实时的检测ABS系统的使用性能,及时发现问题进行维修或更换,保证行驶安全[2]。

1 检测方案设计

ABS性能测试主要考察汽车装用ABS系统之后,汽车在直线行驶中遇到紧急情况刹车时ABS系统的工作性能,主要体现在汽车的方向稳定性和制动距离两方面。本系统在对ABS性能参数的检测方法进行设计时,首先确定了最能表征ABS的系统的制动性能和方向稳定性的最大制动距离、滑移率、侧偏量、侧偏角作为ABS待测性能参数,然后根据各参数的特点设计了对应的检测方案。使检测系统工作时能够及时正确的响应,保证采集到的数据的完整性,同时选用安装方便且符合车载检测快速不解体安装要求的传感器,符合运动学原则。

1.1 制动性能参数检测方案确定

制动性能参数主要包括最大制动距离和滑移率。制动距离是指汽车在刹车过程从开始踩住制动踏板起到完全停止所能前进的最大距离,决定汽车制动距离的主要因素有起始制动车速、制动时间、附着力大小[3]。本系统利用车速与制动距离的关系,在车尾安装第五轮仪实时的采集车身速度,从踩下制动踏板开始,启动速度采集程序,实时的显示对应时刻的速度值,同时利用积分的方法,实时对汽车的速度在时间域进行积分运算,直到汽车完全停止为止,最终得到汽车的最大制动距离。此方案可以有效避免车轮半径和车轮滑动的影响,只要实时的对车身速度进行积分运算就可以准确的得到汽车的制动距离曲线,操作方便不受干扰;滑移率指汽车在运动过程中滑动成分所占的比例,是保证汽车在制动过程中能否工作在稳定区的主要因素,也是体现制动效果的关键因素之一[4]。本系统根据滑移率的定义,利用ABS的车轮角速度传感器和车尾安装的第五轮仪实时检测出车轮角速度和车身速度,经过采集系统和信号处理之后,通过labview数学节点,实时的得到汽车在制动过程中的滑移率曲线。

1.2 方向稳定性能检测方案确定

2 检测系统设计

2.1 硬件检测系统设计

为使系统的测量精度在最大程度上得到提高,本系统采用了车载试验的方法[5]。根据上述ABS性能参数的检测方案,系统的硬件设计主要包括传感器选择、信号调理和数据采集卡的选择。检测系统总体硬件组成如图1所示。在设计过程中根据各个性能参数的特点,首先从精度、价格等方面通过对比选择出了最能满足测量性能的传感器,主要包括MLA-1KNA踏板力传感器、接触式第五轮仪车速传感器、轮速传感器、压电式加速度传感器和光电式方向盘转角传感器。然后根据传感器输出信号的类型,针对模拟和数字信号设计了不同的信号调理电路,主要包括信号的放大、滤波、隔离。最后本系统采用满足车载试验便携性要求且与DAQ配套的USB接口的方式的USB-7000系列数据采集卡。它既能实现对车速、轮速和方向盘转角数字信号的直接采集,又能利用其模拟输入功能将踏板力和加速度模拟信号转化为计算机能够识别的数字信号,保证采集到的信号能够与计算机之间进行准确的通信。

图1 系统总体硬件组成Fig. 1 Diagram of overall hardware system

2.2 Labview软件平台设计

车载系统的整体软件检测流程如图2所示,测试系统上电以后,先对系统进行初始化,进入主界面首先选定待测量,然后进行一系列的参数设置包括被测信号通道的选择、采样参数的设置、触发方式、测试时间段长度等的设置,然后进入测试状态,开始相应信号的数据采集、信号调理、信号分析和数据存储,实时的得到表征ABS系统性能的特征曲线。

图2 检测系统流程图Fig. 2 Diagram of program flow

2.2.1 主界面设计

针对ABS性能参数的特点,本系统设计了基于LabVIEW的汽车ABS性能测试系统的主界面,采用选项卡控件依次设计了“登录系统”、“通道配置”、“数据采集”、“滤波”、“数据分析”、“历史数据”6个界面,可以较好的实现数据采集的功能和实际应用。在实际操作时,点击相应的按钮即可进入对应的子程序界面,进行相应的系统操作,完成对信号的采集分析和存储,同时用户可根据需要及时的查询系统数据,当系统任务结束后点击“退出系统”即可。通道配置是启动和停止数据采集的相关界面,该界面可以为数据采集过程提供数据采集卡的参数配置,对相关的参数设置好后,就可以启动数据采集,得到相应的信号特征。主要包括物理通道的选择、通道数据保存的开关和时间间隔、采样模式、采样输入方式配置、采样频率和最大值最小值设定。实时数据采集界面是启动采集之后对采集的结果进行实时显示的界面,通过界面上的波形图能准确的实时显示踏板压力、车身速度和车轮速度的性能动态曲线,实现对各个性能参数的采集[2]。实时数据显示界面如图3(a)所示;数据分析的显示界面如图3(b)所示;它可以实现对于ABS系统各个性能参数曲线的实时显示，通过对采集到的速度、加速度信号进行相关的数据计算，得到对应的滑移率曲线、制动距离、车轮加速度和车轮位移的波形实时显示。

2.2.2 检测程序设计

检测系统程序主要包括测试程序和数据保存、查询程序。测试程序主要包括数据采集、滤波程序、数据分析程序,具体程序如图4所示。数据采集程序可以有效实现车速、轮速以及加速度的多通道同时采集,实时显示车载过程中检测到的车速和轮速信号曲线。再将采集到的信号经过滤波之后将送入到数据分析系统得到对应的制动距离曲线和滑移率曲线,实现ABS性能参数的采集和分析。最后为了对ABS系统性能参数的数据更好分析,需要及时的把检测数据保存到数据库中,方便数据的查询和调用。本系统利用Labview与数据库的链接功能,及时的把检测数据保存到数据库表格中,同时利用历史查询功能可以及时的对保存的性能参数进行查询。

图3 系统主界面Fig. 3 Main interface

图4 数据采集分析程序Fig. 4 Data collection and analysis procedures

2.3 车载试验验证

为验证检测系统的有效性,本设计进行了具体的车载试验。在试验过程中汽车的车轮滚动半径为0.26 m,车轮转动惯量为21。在潮湿路面上以20 m/s的初始度进行制动,得到了制动过程中对应的车速轮速曲线、滑移率曲线和制动距离曲线。具体曲线如图5所示。从实验所得曲线可以看出:轮速能够满足始终低于车速的要求;滑移率始终在0.2上下波动满足最佳滑移率的范围要求;刹车过程所用时间为的3.5 s,对应的最大制动距离为52.89 m,在较短的时间内获得了最短的制动距离。由对应性能曲线可以得出防抱死制动系统制动性能优良,ABS控制器在整个刹车制动过程中防抱死的作用发挥良好,能够保证轮胎获得最大的地面制动力,从而获得最短的制动距离。

图5 车载试验结果Fig. 5 Car test results

3 结 论

文中设计的基于LabVIEW的汽车ABS车载性能测试系统检测方法简单、系统构成紧凑、具有柔性扩展功能强、操作容易、开发成本低、周期短、携带方便等优点,并且克服了目前台架检测方式中需要模拟不同路面的附着系数且模拟不准确的难题,使得ABS性能检测系统能够在汽车实际行驶过程中进行性能检测和试验,实时的检测出ABS系统的性能状况,为ABS系统故障检测奠定了基础,经过试验本系统性能可靠,既可用于企业生产、售后检测维修,还可用于教学、培训系统。

[1]安永东,王悦芳,庞然,等. 基于LabVIEW的汽车ABS性能检测系统仿真研究[J]. 自动化技术与应用,2010,29(3):67-70.

AN Yong-dong,WANG Yue-fang,PANG Ran,et al. Simulation research of vehicle ABS performance test system based on LabVIEW[J]. Techniques of Automation and Applications,2010,29(3):67-70.

[2]赵易彬,周以琳. 基于LabVIEW的数据采集系统[J]. 青岛科技大学学报,2005,26(5):452-454.

ZHAO Yi-bin,ZHOU Yi-lin. Acqusition system based on LabVIEW[J]. Journal of Qingdao University of Science and Technology,2005,26(5):452-454.

[3]张文广,杜春臣,司利增. 基于LabVIEW 的汽车ABS测试系统设计[J]. 信息技术,2012,41(5):133-134,149.

ZHANG Wen-guang,DU Chun-chen,SI Li-zeng. Design of ABS testing system based on LabVIEW[J]. Jiangsu Machine Building& Automation,2012,41(5):133-134,149.

[4]王博. 在线跟踪时变最佳滑移率的汽车ABS仿真研究[J].湖北汽车工业学院学报,2011,25(1):5-9.

WANG Bo. Simulation of automobile ABS based on online tracking varying optimal slip[J]. Journal of Hubei Automotive Industries Institute,2011,25(1):5-9.

[5]蔡桃庭,卢冶. 汽车ABS道路试验研究[J]. 汽车科技,2004(5):40-42.

CAI Tao-ting,LU Zhi. Research on the road for ABS experiment[J].Auto Mobile Science and Technology,2004(5):40-42.

[6]尤丽华. 测试技术[M]. 北京:机械工业出版社,2010.

[7]曹家喆. 现代汽车检测诊断技术[M]. 北京:清华大学出版社,2003.

[8]LI Gong-sheng,LU Shu-lai,PANG Jian-xun,et al. Preparation microstructure and properties of ABS resin with bimodal distribution of rubber particles[J]. Materials Letters,2012,66(1).