轿车座椅测试设备设计

高圆

关键词：Rockwell Allen-Bradley PLC ;工控机;LabVIEW ;数据采集

0 引言

座椅属于汽车的基本内饰件，也是重要的安全部件。在汽车行使过程中，它将人体和车身固定在一起，直接决定了车内乘员的驾乘舒适性和安全性。奔驰在1886年制成的世界上最早的汽车，其座垫是用棉花、谷物杆子等软材料制成，用木板和木条制成靠背。经过一百多年的发展，随着技术不断发展进步，人的思想和需求也越来越高。汽车座椅不仅仅是乘坐和美观的需求，更重要的是关系到汽车的驾乘安全性和舒适性，是集控制工程、人机工程及机械振动等融为一体的系统工程产品。本文主要讨论、研究座椅测试设备的测试原理及相关的软、硬件设计与研究。

1 轿车座椅测试系统的设计要求

本文的主要任务是根据李尔的某项目，设计汽车座椅电功能的综合性能检测设备。座椅电功能的测试项目，分别是对座椅滑道电机、座盆电机、升降电机、靠背电机、震动电机、SBR感应垫、安全气囊、安全插扣、加热垫、加热模块、记忆模块以及线束等进行检测与数据存储。设计的要求是检测座椅各电阻功能与各电流功能。

1.1 测试方法、原理

1.1.1 电阻的测试项

电阻的测试项有SBR感应垫、安全气囊、安全插扣及线束搭铁。笔者采用4端子测试法测量电阻，可以精确测量不同阻值的线圈，如电机、变压器等;还可以测试继电器、开关及插接器的接触电阻，芯片电感的直流电阻，打印机基板的图形电阻，以及各种电阻器的出厂检查等。该仪器具有温度补偿、比较器及数据输出等功能。因为4端子测试法较好地避免了导线电阻和接触电阻的影响，能够减小误差，因此广泛地应用于各种设备的电阻测试中，可有效应用于制造、检查生产线，以及系统行业等的电阻计（圖1）。

1.1.2 电流的测试项

电流的测试项有座椅滑道电机、座盆电机、升降电机、靠背电机、震动电机、加热垫、加热模块及记忆模块。电流的测试是通过软件和控制回路驱动座椅上电机、风扇等的正常工作，供电电压13.5V，然后通过分流器来测量出当前的直流电流（图2）。也就是说要测量一个比较大的直流电流，但是很难找到那么大量程的电流表进行电流的测量，此时我们就要采用分流器来帮助解决。分流器是一个可以通过大电流的精确电阻，当电流通过这个分流器时，在它的两端就会有一个毫伏级的电压，于是用毫伏电压表来测量该电压，再将这个电压值换算成电流值，此时就完成了大电流的测量。分流器就是一个能够通过极大电流的电阻，一般15A、20A及35A的电流表都需要使用分流器。分流器的阻抗为表头标志满度电压除以表头满度电流，阻抗恒定后根据欧姆定律U=IR，电流与电压成正比，电流为线性电压也呈线性，所以就可以用一个电压表显示当前电流值。所以，使用的电流表实际上是一块电压表。

按照座椅的工作原理与要求，对检测设备的机械结构、电气原理完成了设计并进行了组装。同时，充分发挥软件LabVIEW虚拟仪器所具有的响应速度快、重复性好、测量精度高、系统组建时间短和功能易于扩展等优点，开发了座椅电功能的检测设备。通过ABPLC与PC机强大的运算功能和图像显示功能，进行复杂的信号分析处理和信号的动态显示及数据存储[1]。课题各参数范围的规定如表1所示

1.2 座椅测试系统硬件设计

测试系统总体结构设计如图3所示，设备的硬件结构设计如图4所示。本设备装置主要由测试手柄、ABPLC、激光位移传感器、机械机构和导轨等构成。该设计选用研华工控机、VCI通讯模块、现场显示器、打印机和扫描枪等组成，主要动作实现座椅常规功能电检、CAN通信初始化、SBR负载、座椅发运位置控制以及本地和远程数据管理[2]。

1.3 座椅振动电机测试的设计

该测试设备主要的系统硬件部分由美国AB系统PLC、激光位移传感器、声级计、触摸屏显示器、数据采集卡和研华工控机组成。该系统中控制部分使用了PLC系统来驱动气缸动作、电机启停和正反转的控制。而检测传感器则采用日本基恩士（Keyence）位移传感器作为振动信号输入信号，如图5所示。

（1） 该座椅测试系统硬件，选用日本基恩士（Keyence）公司的高精度激光位移传感器来测量电机垂直和水平方向上的振动位移输入信号。

（2） 该系统选用的是红声器材厂HS78990A型精密数字声级计，由电表及液晶显示器同时读出测量结果。测量时把旋钮调整到B 挡，数据读出的是B 计权声级数。

（3）该系统的数据采集卡选用的是研华PCI-1711L数据采集卡，将采集卡插在PCI插槽上即可。

（4）该系统选用的PLC型号是AB1200系列，接受由扫描系统发出的测试开始信号，同时启动电机和LabVIEW程序，并接收手动座椅开关信号，控制座椅电机的转向。

（5）工控机是整个座椅测试系统的大脑，在程序中完成各命令信号接收、测试数据采集、数据显示、数据存盘、数据分析和数据传输等任务。由于普通计算机在工厂现场会遇到电磁干扰、振动、噪声及潮湿空气等恶劣工作环境，一般商用计算机很难保证在这样的环境下正常工作，因此选用台湾研华工业控制计算机（简称工控机）[3]。

1.4 测试系统电气控制系统设计

1.4.1 测试主电路设计

主电路主要由研华工控机、VCI通讯模块、ABPLC、显示器、打印机、扫描枪、漏电断路器、噪音滤波器、接触器及电抗器等组成。

ABPLC（带以太网接口，用于和装配线体PLC互锁），使用施耐德及其旗下品牌系列电控元器件，使用施耐德漏电保护元件，使用欧姆龙等传感元器件，压着端子动力用“O”形，信号用“Y”形，压着端子和端子排用杰世腾等质量信得过的品牌产品。直流电源采用专业的大功率产品（该电源必须具备短路、过流和过压保护功能），交流电源稳压UPS电源和空调冷却装置使用威图产品。

以条码扫描方式确认座椅类型，在上位机界面上显示扫描的座椅条码内容及座椅配置。正确连接测试线束，启动测试过程完成电动座椅和手动座椅的测试，实时显示测试状态及测试结果。测试过程结束后，与流水线MES控制系统连锁，将测试参数结果保存至数据库[4]。

1.4.2 控制电路设计

控制回路主要由继电器、接触器、断路器、各种传感器、开关电源、电阻表、电流表及分流器等组成。用4端子测试法测量电阻，可以精确测量出座椅各元器件的电阻。通过分流器原理，电压换算成电流，可以测量电机的工作电流，即完成了大电流的测量。

2 系统调试

通过LabVIEW的carseattestsystem测试软件，首先打开软件，通过登录账户进入系统（图6）。然后进行系统基础配置的设定（图7），如扫描接口、打印机接口及电阻仪接口等。再将座椅上的二维码配置添加进去，分为主座椅、副座椅、气囊、安全插扣、加热垫及8向电机等。添加完这些配置后，再把各个参数添加进去（图8）。最后扫描座椅上的二维码，识别出不同配置的座椅信息，自动进入测试阶段（图9）。按照座椅程序的测试流程，测出各个电流值或电阻值，判断座椅的电功能是否合格，从而达到测试需求。测试过程结束后，与流水线LPS控制系统连锁，将测试参数结果保存至数据库[5]。

3 结论

本文结合上海达盾自动化科技有限公司与上海李尔汽车系统座椅有限公司的企业项目，对座椅的电功能测试系统进行了开发，并引进IS02631《人体承受全身振动评价指标》和《工业企业界标准》作为电机性能的评判标准。本设备系统在实际应用中运行稳定、显示正常，论文的总结如下。

（1）完成数据采集及分析系统的设计与搭建，并分别介绍了各功能。在LabVIEW开发环境下的非NI数据采集卡的驱动方法，并应用动态链接库（DLL）技术和USB通讯技术，节约了成本，降低了费用。采用DataSocket通讯方式，使用户即使不在现场也能实时了解检测的信息，对于检测系统具有很高的实用价值。开发了基于LabVIWE的数据采集、显示及存储和查询软件，应用LabVIEW@Analyze功能，开发针对检测实验的数据分析软件。

（2）根据振动和噪声产生的机理，对各部分噪声和振动做了频谱分析，为电机各部分振动和噪声性能提供了参考。

（3）应用该虚拟仪器技术实现了座椅电机故障声音检测系统，系统硬件架构简单，适应性較强。

（4）采用LabVIEW软件平台开发，使用方便、效率高，可测量出座椅的各电阻、电流值。