基于LabVIEW的电动汽车换挡器自动检测系统的研发

一、研究背景及意义

众所周知, 燃油机车给我们带来了便利, 同时对周围环境也造成了污染。电动汽车由于能源结构单一、污染少、噪声低、能量利用率高等优点成为备受关注的绿色出行交通工具。电动汽车采用电子换挡器, 电子产品生产工艺的特殊性决定了它的电气特性存在差异性, 同样生产出来的电子产品需要逐个进行检验标定。而国内的大部分电子换挡器生产厂家对成品的检测标定依靠经验进行人工标定存在着人为干扰因素和人为差错。

本文以Lab VIEW语言为平台, 以电动汽车换挡器为检测对象, 研发自动检测系统实现流水生产, 实时测量、判断和记录, 避免人为检测的不足, 帮助生产厂家节能增效, 有着广泛的市场前景和实际的应用价值。

二、电动汽车换挡器的基本结构及工作原理

(一) 换挡器的基本结构

此电动汽车换挡器, 包括主面板、与主面板固定相连的底座、固定在底座之上并位于由主面板与底座所围成的立体空间之内的电路板、位于立体空间内部的拨叉组件、以及与拨叉组件相连并暴露在立体空间之外用于驾驶员拨动的换挡器旋钮, 在拨叉组件的下端设置有与拨叉组件固定连接的永磁体, 其中, 在电路板上设置有用于感应电子换挡器的多个挡位的三轴式霍尔传感器。

(二) 换挡器的工作原理

此电动汽车换挡器是基于霍尔效应。在换挡器的下部安装有永磁体, 在换挡时永磁体跟着运动, 由霍尔传感器感应不同位置的磁感应强度, 从而形成对应的不同触发状态, 反映出不同的挡位信息。换挡器本体中的控制器将不同挡位信号传送给整车控制器, 再根据预设控制策略达到换挡的目的。

三、电动汽车换档器自动检测系统总体方案设计

本文用到的硬件包括USB采集器、传感器和执行器。传感器包括扭矩传感器、角度传感器和人体感应传感器。其中扭矩传感器用来测量换挡过程中各个挡位之间力的变化情况;角度传感器用来监测换挡器各个挡位之间的角位移, 也是触发换挡信号测量的依据之一, 对步进电机的转角起到修正作用;人体感应传感器是一个开关, 用来代替人工手动输入。执行器为步进电机, 用来控制换挡器挡位切换。步进电机、扭矩传感器、角度传感器和待测试换挡器通过联轴器相连接, 它们在空间上保持相对固定的位置。如图所示。

四、电动汽车换档器自动检测系统的功能分析

本检测系统主要针对此换挡器的换挡力矩、角位移及换挡信号三个参数进行采集, 将采集到的信号与企业标准值进行比较, 以Lab VIEW为开发平台, 实时监控采集到的信号, 及时做出分析和处理。数据采集部分是重点开发项目, 主要包括:信号采集、数据读取、结果显示、数据存储等等。最后, 通过程序判断待测换挡器是否合格并显示结论, 诊断完成后将诊断的结果保存在文件中, 以保证以后的调用和打印。

五、电动汽车换挡器自动检测系统试验及结论

(一) 换挡信号测量试验

本文限于篇幅, 仅以R挡检测以例。启动电脑, 双击打开测试系统文件, 将选项卡切换至“换挡信号手动检验”, 再点击Lab VIEW运行图标即可开始试验。将旋钮控件调换到R挡的位置, 拨动SW1和SW3两个布尔控件, 与之对应的两个信号灯点亮, 同时显示测试结果为“R挡经过检验合格!”。当且仅当SW1和SW3两个布尔控件同时处于打开状态时, 测试结果显示为“合格!”, 其余均显示为“不合格!”。

(二) 全文总结

本文根据某电动汽车换挡器生产企业的检测标准, 在深入研究此换档器的基本结构、相关功能、数据接口和检测要求的基础上, 确定了换档器自动检测装置的功能和要求, 研究制定了自动检测系统的总体方案, 重点对自动检测系统的控制与测量部分进行了研究与开发。其中, 自动检测系统的硬件开发主要借助恒凯USB数据采集卡及与之匹配的传感器与执行器来实现, 软件开发则采用了NI公司的Lab VIEW图形化编程语言来实现, 并且利用Lab VIEW软件强大的数字化处理能力对换挡器的测量结果进行了处理和分析, 充分发挥了虚拟仪器的信号处理、数据采集和测量结果分析的强大功能优势, 能够实现对电动汽车换挡器成品质量的自动检测功能。

本文对自动检测系统的控制与测量部分进行了功能性实验验证, 结果表明该系统设计方案正确, 性能稳定, 能够达到换档器自动检测的要求。但是开发的系统毕竟没有经过真正的生产检验, 还不是很完善的系统, 有些地方还亟待改进。

(1) 对步进电机的旋转控制还不够精确, 当给出的驱动信号太弱或频率过快, 会出现失步的现象, 还需要进一步调试以提高测试精度。

(2) 整个自动检测装置最终没有拼装成实物, 仅限于研究的目的, 只是停留在构想中, 比如换挡器旋钮的夹具设计, 希望以后有机会可以变成现实。

摘要：本文以某企业生产的电动汽车换挡器为检测对象, 在对换挡器的基本结构和检测标准充分认识的基础之上, 基于虚拟仪器技术, 以Lab VIEW语言为开发平台研究电动汽车换挡器自动检测系统的可行性。

关键词：电动汽车,换挡器,自动检测,虚拟仪器