汽车后桥ABS装配质量在线检测系统的应用研究

摘要：为监测和评估汽车后桥ABS性能，提出了一种基于传感器和数据处理技术的ABS装配质量在线自动检测系统。建立了设备方案整机结构，分析了设备的分装顺序流程，并进一步完成了以PLC为核心的后桥ABS齿轮完整度信号检测设备控制系统硬件结构及其软件实现，控制系统以光电传感器、霍尔传感器检测输入信号，完成了伺服驱动器参数设计及程序调试。

关键词：轮速传感器；汽车后桥ABS；在线装配检测；PLC；故障诊断

中图分类号：U472.9 收稿日期：2023-08-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.028

1 前言

汽车ABS（防抱死制动系统）对于保障汽车安全具有至关重要的作用，汽车在制动过程中，当制动器制动力大于轮胎-道路附着力时，车轮就会抱死滑移。只有汽车制动器具有足够的制动力，同时地面又能提供较大的附着力时，汽车才能获得良好的制动效果。ABS系统中的ECU不断地收到来自4个车轮转速传感器的转速信号，通过对每个车轮转速和减速度进行运算，以估算车速。当踩下制动踏板时，各个盘式制动分泵内的液压开始升高，车轮转速开始降低。如果有任何一个车轮将要抱死，ECU就降低这个车轮盘式制动分泵内的液压。达到防止车轮抱死及打滑的危险。

轮速传感器作为ABS的重要组成元件，其工作原理是通过对左右前轮传感器输出的脉冲差（左右前轮的行驶距离差）的测定，计算出汽车是否已转向及方向的变化量。磁电式轮速传感器和霍尔式轮速传感器是两种常见的轮速传感器。本系统采用霍尔轮速传感器，具有如下优点：其输出信号电压幅值不受转速的影响；频率响应高，其响应频率高达20 kHz，相当于车速为1 000 km/h时所检测的信号频率；抗电磁干扰能力强等［1］。

霍尔式车轮转速传感器根据霍尔效应原理产生与车轮转速相对应的电压脉冲信号。霍尔车轮转速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永久磁体、霍尔元件和电子电路等组成。

轮齿的高低部分与传感器之间的间隙发生变化。这种变化的间隙会引起传感器附近的磁场发生变化。由于磁场的变化，来自传感器的电压也会改变。当齿轮位于如图1a所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱。当齿轮位于如图2b所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏级的准正弦波电压，通过电子电路转换成标准的脉冲电压输出信号（图2），电压幅值为7～14 V。因此可以通过波形分析，判断齿轮装配质量是否完好［2］。

2 系统硬件组成

本系统汽车后桥ABS在线自动检测系统由工控机、PLC、触摸屏、霍尔传感器、伺服电机、变频器、电磁阀、防护光栅、定位夹具等设备组成。工控机接显示器可直接实时数据采集显示、历史数据曲线显示及表格显示，图像采集和实时处理、智能控制参数设置等功能。采集控制器可以实时采集、显示、存储以及向工控机传输轮速数据，并能够根据设定的图像比对分析，提示ABS装配质量［3］。

采用霍尔传感器作为轮速传感器的检测设备，设备在装配前，首先借助轮速传感器对齿轮的装配情况进行安装检测，汽车车轮转动时带动同步转动的齿圈转动，引起霍尔传感器上的磁通量发生变化，通过内部信号放大电路，捕获到规则的脉冲宽度条件的图形，其脉冲宽度跟随齿圈的角速度变化而变化，系统首先采集正常情况下的波形状况，齿轮发生故障的主要情况有齿轮存在裂痕，齿轮发生磕碰变形，齿轮存在缺角等常见问题作为数据采集其信号波形，将以上图形存入数据库，在系统上通过比对图形发生的变化，来在线监测ABS的轮速传感器齿轮装配是否正常。

根据企业的实际生产需求，定制了专门的机械结构及工艺流程，设备可以通过调整移动机械夹紧位置来兼顾不同型号的产品，按生产装配线设计节拍满足M后桥ABS信号检测需求，实现通过相关数据检测判定ABS安装的好坏，例如检测间隙是否合格、拧紧力、轴承转动启动摩擦力矩和刹车盘跳动的检测，同时具备检测数据与车桥总成编码一一对应，数据自动存储，也可以输出，同时实现与系统对接。整体布局简单，检测设备安装在车桥总成装配线最后的工序，目前暂时需要一名ABS设备插线人员和两名下线人员［4］。

整体布局如图3所示，本项目ABS信号检测设备主要由左定位、中驱动、右定位三大部分组成，其中左右定位结构相同。具体结构部件如图4所示。

a.为X轴驱动机构，用于兼容不同后桥长度的产品定位和压紧。

b.为后桥顶升定位机构，用于定位产品。

c.为后桥压紧机构，用于压紧后桥，使其在检测时压紧，减少晃动影响。

d.为旋转机构，用于检测带有减速器产品的后桥。

e.为主减驱动机构，用于驱动旋转，检测启动力矩及转速比，ABS旋转从动检测等。

f.为水平定位机构，通过夹爪把产品定位水平，便于主减驱动机构驱动。

3 系统软件构成

检测系统的操作由西门子PLC控制器及触摸屏控制程序来实现，通过PLC实现功能控制，模拟了车桥总成在不同转速、不同工况运转时各参数的读取、录入、对比、存储等功能。工业控制计算机采用标准桌面界面，设计了人机交互界面，赋予相应操作人员的权限。驱动桥总成输入端的转速和转矩，车桥两侧轮毂的转速，还有ABS信号运行参数和工况都能显示，同时各种测试数据能自动进行分析判定，以曲线、图表展示，自动存储每件产品数据［5］。

软件方面分为三大模块：检测模块、参数设定模块、检测记录模块。启动计算机，进入检测程序，测试系统主界面主菜单及下拉菜单如下：

a.检测模块。选择产品型号，输入编号，进入测试工作状态。例如150 m后桥的相关数据。

b.参数模块。设定产品的型号、参数，或者修改产品型号、参数，设定或者修改测试的检验参数，并以此作为产品合格的判定条件。

c.检测记录模块。对试验数据结果进行记录存储并可查询，并按检测型号和结果进行归类统计；根据检测结果打印检测报告，为保证数据真实性，检测记录禁止修改。

软件逻辑如图5所示。

4 工艺流程

待测后桥到达ABS检测工位后，通过气动滑台使驱动装置到达前位，通过类似多轴拧紧机找正定位，再向上运动顶升到位，使驱动盘与车桥端面接触。员工插线连接车桥ABS接口后，卡爪夹持使后桥水平到位，后桥压紧机构向下压紧，防止后桥检测时因晃动影响数值，定位压紧完成后，主减速驱动轮下降贴合后桥，系统向变频器发出控制信号，变频器按预先设置好的参数控制主减速轮升速，通过主减速轮带动被测车桥旋转，当车桥升至设定的转速值并稳定后，系统高速采集左右两侧的ABS信号，通过必要的数据处理，将有关的检测数据反馈给系统，以便于系统进行数据采集，并根据预先设定的工艺参数作出合格与否的评判，用安装在电气控制柜上的塔型指示灯和蜂鸣器进行声光报警。待数据检测及录入完毕后，主减速驱动轮减速至停止转动，然后上升回位，卡爪受驱动上升并松开，后桥机构回到原位，滑块小车放行。后桥顶升定位机构可根据产品的总成状态，不同产品的结构形式可以进行切换，实现更多产品线的兼容，目前该150 m项目定位是选择外圆管作为定位位置，如需切换需员工根据实际情况来对支撑块增减或对气缸高度的调节，如图6所示。其余位置部件都采用程序自动切换。

a.传感器：使用加速度传感器和转速传感器等，实时监测车辆的运动状态和轮胎的旋转速度。

b.数据采集和处理：收集传感器产生的数据，并对其进行处理和分析，以获取与后桥ABS性能相关的参数。

c.故障诊断算法：数据采集自动生成图形，通过图形识别技术，判断ABS装配质量的检测方法，能够根据采集的数据判断后桥ABS是否存在故障或性能下降的情况。

d.结果显示与报警系统：将检测结果以图形界面的形式显示给驾驶员，并在检测到故障时触发报警系统，提醒驾驶员采取相应的措施。

此外，为了确保操作人员的安全，后桥ABS信号检测系统设备需做好安全防护设施。具体方案如下，在系统无操作后方一侧，采用隔离网防护，阻断与运行机构的接触。在操作人员一侧，系统设备的线路进行绝缘包裹，装入线槽，线槽走设备上方。相关的操作人员区域在地面上安装光栅防护，一旦人员过线设备自动停机，确保人员操作时候的安全。维修防护门有信号检测，如果打开防护门设备就会停止运行，防止运行维修引发的卷入事故［6］。

5 实验及结果

本文成功地开发了一种基于传感器和数据处理技术的汽车后桥ABS在线自动检测系统。该系统将ABS传感器线束接头接入检测设备，启动按钮开始检测，检测完成后取下接头放行，设备有声光报警，具有高效、准确和实时性的特点，能够有效地监测和评估后桥ABS的性能。通过及时发现后桥ABS的故障和性能下降情况，可以避免潜在的安全隐患，提高汽车的安全性和可靠性。为验证所提出的在线自动检测系统的有效性，我们进行了一系列实验。通过模拟后桥ABS故障和性能下降的情况，收集了大量的数据，并使用该系统进行检测和评估。实验结果表明，该系统能够准确地检测到后桥ABS装配质量缺陷，并能够提醒操作员及时采取行动消除质量不合格产品。

本系统的特点主要有：

a.采用的工业控制计算机作为核心，配上相关的硬件，检测精度高，可靠性强。

b.作为装配线的终检工序，对产品进行测试分析，提高生产过程的可控性。

c.通过软件实现质量管理、过程追踪、数据分析功能，简化工作流程。

d.在线检测少生产线上人工干预，可以降低人力成本，提高产品质量的稳定性，具有广泛的应用前景。

此外，系统还能够对后桥ABS的性能进行定量评估，为后续维修和优化提供了参考依据。未来的研究可以进一步改进系统的性能，并将其应用于更广泛的汽车制动系统中。

存在不足：

a.因后桥为总成状态，此时线比较多，在定位过程中可能会造成油管、线干涉，线绕向要规范一致否则会有压线风险。

b.小车定位问题，现场查看发现线体工装小车有松动，有的未有主减支撑块，会造成定位不准而导致检测不了或者误报；以上问题有待后续生产实践过程中不断总结完善。

6 结语

随着制造业的信息化、自动化、智能化发展，自动搬运、自动加工、自动检测与信息化相结合，必定是未来的一个发展趋势，作为车桥装配线的在线检测设备，该系统能够实现后桥两侧的ABS信号的自动检测，并根据检测结果做出相应评判。目前，设备已投入使用，利用PLC设备监测齿轮装配情况，可以及时避免ABS在线装配过程中发生的潜在故障，替代人工监测的不足，设备在使用中作为一个生产工艺流程，大大提升自动化水平，可以有效提升生产效率。同时，设备机械部件位置可调，可兼容不同车型的ABS设备的齿轮监测。该设备自投入使用以来，检测数据精确、稳定，起到了对车桥ABS性能进行在线监控的目的。

参考文献：

[1]梁兆喜.汽车防抱死制动系统（ABS）知识[J].汽车维修，2017（3）：22-23.

[2]凌永成，于京诺.汽车电子控制技术（21世纪全国应用型本科大机械系列实用规划教材）[M].北京：中国林业出版社，2006.

[3]秦杰.汽车后桥在线检测方法的研究[D].广州：华南理工大学，2015.

[4]陈甦欣，丁苏赤，张良.车桥ABS信号在线自动检测系统的研制[J].组合机床与自动化加工技术，2006（10）：18-24.

[5]西门子有限公司.深入浅出西门子S7-1200 PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

作者简介：

韩立星，男，1987年生，讲师，研究方向为电气自动化、创新创业教育。