1  引言

連接在汽車傳動軸上的車速傳感器，用來反映汽車的速度，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。以往國內(nèi)對車速傳感器的檢測是靠人工使用示波器觀察來實現(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)控制計算機(jī)為工具，以計算機(jī)信息技術(shù)為手段，對車速傳感器的性能進(jìn)行檢測與分析，并應(yīng)用誤差分析理論，在檢測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)采用計算機(jī)實時多任務(wù)分級控制系統(tǒng)，控制實現(xiàn)車速傳感器的運(yùn)行工況，同時對車速傳感器的輸出信號進(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、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)庫維護(hù)等任務(wù)。系統(tǒng)主要組成部分框圖見圖1。

應(yīng)用模糊推理功能實現(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)，通過單片

         
圖1   系統(tǒng)的組成框圖

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

示波卡是基于計算機(jī)ISA總線的虛擬測量儀器，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，測量信號范圍為±20ｍＶ～±20Ｖ，測量誤差<滿度的1%，采樣深度為8792bit。通過計算機(jī)編程直接控制其硬件的操作，如交直流信號的切換、觸發(fā)模式、采樣頻率、是否濾波等，最終將結(jié)果送入計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。

控制指令通過操作按鈕輸入，再通過DI板(PC2812PG)傳送給計算機(jī)。計算機(jī)接收指令，按軟件設(shè)定的值，通過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PID控制器控制電動機(jī)以給定值旋轉(zhuǎn)。同時，計算機(jī)通過另一個D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器向程控電源發(fā)送一個設(shè)定的電壓值。程控電源通過單片機(jī)控制向車速傳感器輸出穩(wěn)定的工作電壓。此時車速傳感器在給定的工況下工作，輸出脈沖信號。示波卡在給定的采樣頻率下對信號采樣，其采樣數(shù)據(jù)送入計算機(jī)。計算機(jī)最后通過對測量數(shù)據(jù)的分析計算將結(jié)果在系統(tǒng)界面顯示并保存。

3        系統(tǒng)的主要測試項目及測試方法

3.1 測試項目及要求　

車速傳感器主要由一個八極磁鋼、霍爾傳感器和放大電路組成，如圖2所示。電機(jī)帶動磁鋼轉(zhuǎn)動時，因磁場的變化，每轉(zhuǎn)一圈霍爾傳感器產(chǎn)生8個脈沖波，經(jīng)放大電路放大后輸出，用計算機(jī)對在不同轉(zhuǎn)速下的波形進(jìn)行高速實時采集、分析，得出以下下7項數(shù)據(jù)，技術(shù)指標(biāo)(以法國雪鐵龍汽車公司技術(shù)要求設(shè)定)是:

1)     頻率(3000ｒ/ｍｉｎ時)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)     上升時間<100μｓ;

6)     下降時間<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，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D/A輸出進(jìn)行線性化處理。

隨機(jī)誤差是由很多暫時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)生電磁場對波形數(shù)據(jù)的干擾。3)方法方面的因素: 計算時產(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頻率段的干擾，仍有一些干擾會侵入系統(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，即可以通過數(shù)字濾波技術(shù)剔除虛假信號，求取真值。

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

3.3 波形分析的實現(xiàn)

測試車速傳感器參數(shù)時，軟件設(shè)定用4096個采樣點對其旋轉(zhuǎn)1周所輸出的信號進(jìn)行采樣。則有:f2 =4096×f1、ｔ=1/f2，其中f1為電動機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率（為設(shè)定值），f2為采樣頻率，ｔ為采樣間隔時間。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時t是不變的，這樣波形分析就變成對采樣點進(jìn)行計算。所以，程序的難點在于如何正確的找出波形的4個跳變點。

在計算參數(shù)時可通過遞推平均法追蹤矩形波的取值起點，即將Ｎ個測量數(shù)據(jù)看成一個隊列，隊列的長度為Ｎ，每取一次值，就把其放入隊尾，而扔掉原來隊首的數(shù)據(jù)，這樣隊列中始終有Ｎ個值，對Ｎ個值求平均值并保存為Ｎ1，再進(jìn)行下一個計算保存為Ｎ2，取其差值Ｎ3=|Ｎ1-Ｎ2|，設(shè)定一個誤差值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。同理Ｎ3  [-|δ|，+|δ|]，則認(rèn)為剛放入隊尾的數(shù)據(jù)為高

電平或低電平的采樣終點。

高電平Ｕｍａｘ可通過對高電平起點和終點的采樣數(shù)據(jù)取算術(shù)平均求得，同理可求出低電平Ｕｍｉｎ。

上升時間ｔ1可通過計算低電平終點和高電平起點之間的采樣個數(shù)ｎ，利用ｔ1=ｎ×ｔ求得。同理，可求得下降時間ｔ2、周期精度、占空比。

以上的測試參數(shù)，為保證測量的準(zhǔn)確性，在實際測量時是經(jīng)過多次測量求其平均值而得。

4        結(jié)語

   本檢測系統(tǒng)采用Visual C++ 6.0作為開發(fā)工具，以中文Windows 2000作為開發(fā)環(huán)境。使車速傳感器的生產(chǎn)歸于科學(xué)化，檢驗規(guī)范化，從而使國產(chǎn)車速傳感器的生產(chǎn)達(dá)到汽車工業(yè)的國際水平。系統(tǒng)實際運(yùn)行一年多來，各項指標(biāo)均達(dá)到或超過技術(shù)要求，并已通過驗收。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系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

【1】       侯國章.測試與傳感器技術(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