基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统与方法

摘要

本发明公开了一种基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统，包括操作台、计算机、输入模块、PLC模块、主轴电机模块、二维移动平台模块、刹车模块、传感器模块、采集模块和直流稳压电源。本发明还公开了采用前述测试系统的测试方法。本发明系统实现了在刹车过程中传感器变化信号的动态检测及传感器质量的分析，实现三电平主动式轮速传感器信号的正传和反转的方向参数检测、刹车参数检测，实现对传感器信号强弱参数的判别，实现对传感器与齿轮空气间隙大小的调节，以及通过对传感器信号的检测来判别传感器与齿轮空气间隙的大小。实现在手动或自动条件下，通过分析刹车信息参数、正反转的方向参数，全面自动检测传感器性能，提高汽车运行的安全性。

说明书

技术领域

本发明属于汽车轮速传感器测试领域，具体涉及一种用于汽车ABS的三电平主动式轮速传感器在刹车过程中的测试系统及测试方法。

背景技术

轮速传感器是ABS系统一个重要部件，在保证汽车安全行驶中起到非常重要的作用。随着人民生活水平的提高，人们对汽车的安全性和舒适性的要求也越来越高，为了有效提高汽车的制动效率和制动安全性，现在一般汽车厂商所生产的汽车产品中普遍都装有制动防抱死ABS系统。性能不断完善的轮速传感器不断的更新，代表下一代主动式轮速传感器的三电平轮速传感器得到越来越多的重视和应用。

现有对轮速传感器测试的技术方案有三类：

1）、轮速传感器参数检测，如：CN 102564487 A公布的汽车传感器检测设备及利用其检测传感器性能的方法，设备包括：工作台，传动系统，装夹机构，气隙调节检测机构，控制系统，数据采集系统，信号分析系统，实现对电机转速稳定后的传感器信号进行采集分析测试。测试参数有相位、峰峰值、高电平、低电平、上升时间、下降时间等。

CN 101963625 B公布的一种基于labview的汽车轮速传感器的测试系统，包括计算机、校准仪、电机、电机控制器、齿轮、反馈信号处理电路、GPIB总线、传感器、传感器信号处理电路、采集卡、三维运动平台，稳压电源。通过计算机发送命令给控制器，控制电机按设置转速运行，采集卡采集传感器信号，分析其最大值、最小值、频率、周期、周期最大值、周期最小值、周期误差、占空比、占空比误差、Airgap、lap气隙值等。

《基于LabVIEW的汽车轮速传感器检测台设计》（陈永良，仪器仪表用户， 2011,18(5)）；介绍了硬件平台，包括机械模块、电控模块和计算机模块，由传感器测试台架、数据采集及控制器、计算机等组成，对传感器信号的周期和幅值进行测量。

CN202281629 U公布的一种ABS传感器测试台：包括测控台、开关、直流电源、示波器、转速调节变频器、传感器固定座和显示装置。利用示波器测试传感器信号的波形和数据。

《基于LabVIEW的汽车ABS轮速传感器检测系统设计》（罗浩，电子世界， 2015(13)）；介绍了硬件系统，包括电动机、数据采集卡、自动机构、PC机等，由数据采集卡采集传感器信号，对峰峰值、有效值、频率等参数进行测试。

《轮速传感器测试台架简析》（洪松，佳木斯大学学报，2015(3)）；介绍了轮速信号产生和控制系统，由电机模拟车轮转动的各种过程，轮速控制系统由电脑和伺服放大器等元器件实现，通过示波器对传感器信号进行中速情况下的频率、波形占空比、电压、波形均一度、波形幅值参数测量。

CN 201819917 U公布的汽车轮速传感器检测分析系统：包括直流电机、稳压电源、齿圈、A/D采集卡等，对传感器信号的周期和频率进行检测。

CN 203241435 U公布的轮速传感器试验台：包括台座、电机、齿轮、示波器等，通过示波器采集传感器信号的波形，分析波形的变化率。

2）三电平轮速传感器信号分析，如：《车用轮速传感器的信号检测技术及其应用分析》（肖珊，电子制作，2015(5)）；介绍了轮速传感器的信号特性，轮速传感器三电平信号周期的测量。

《车用轮速传感器的信号检测与分析》（郭风雨，张磊，电子技术应用，2013,39(6)）；介绍了系统总体结构，运动控制、数据采集、数据处理、图表显示、过程控制及数据保存与回放等。介绍了三电平信号中的周期参数和占空比参数测量方法。

《带方向性的主动式轮速传感器简析》（洪松，中国机械，2015(4)）；介绍了有车轮前进方向或者后退方向的主动式轮速传感器的原理，并利用示波器在实车上采集到带方向性主动式轮速传感器的波形图，简要分析了带方向性的主动式轮速传感器的解析方法。

3）ABS综合实验台，如：CN 201207243 Y公布的智能ABS综合性能实验台：包括动力驱动系统、ABS液压制动系统、数据采集及处理系统等，工作过程涉及到轮速传感器部分是对传感器的速度信号进行采集分析。

CN 204010515 Y公布的《汽车ABS演示及实验系统》：包括支架、车轮、电机、变频调速器、惯性轮、摩擦毂、齿盘、轮速传感器等，实现多种路面附着系数的制动模拟。

现有的轮速传感器测试系统存在的缺点主要体现在：

只能完成各种速度的匀速情况下的轮速传感器信号测试，只能测试传感器的速度（周期、频率）信号、高电流（电平）、低电流（电平）、峰峰值、有效值、占空比等参数，而不能对刹车过程中的轮速传感器动态信号进行分析测试，不能实现对三电平轮速传感器协议信号的测试，不能判别传感器信号的正传和反转，不能判别传感器信号的刹车状态，不能判别传感器信号的强弱，不能判别传感器与齿轮空气间隙的大小等，测试局限性大。因此，设计一种能对三电平轮速传感器的工作性能及其相关技术参数进行准确测试，轮速传感器实际安装在车辆上使用时安全性好的基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统至关重要，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统，解决了新一代汽车轮速传感器即三电平主动式轮速传感器，在刹车过程中传感器变化信号的动态检测、以及传感器质量的分析。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种基于刹车过程的三电平轮速传感器测试方法，该方法实现三电平主动式轮速传感器信号的正传和反转的方向参数检测、刹车参数检测，实现对传感器信号强弱参数的判别，实现对传感器与齿轮空气间隙大小的调节，以及通过对传感器信号的检测来判别传感器与齿轮空气间隙的大小。实现在手动或自动条件下，通过分析刹车信息参数、正反转的方向参数，全面自动检测传感器性能，提高汽车运行的安全性。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统，其特点是：

该系统包括操作台，在操作台上设有计算机、输入模块、主轴电机模块、二维移动平台模块、传感器模块、采集模块和刹车模块；

所述的计算机通过串口连接PLC模块，输入模块连接PLC模块的输入，PLC模块的输出分别连接主轴电机模块、二维移动平台模块和刹车模块；所述的刹车模块与传感器模块连接，传感器模块再与采集模块连接，采集模块再与计算机连接；

该系统还设有直流稳压电源，直流稳压电源连接PLC模块和传感器模块并为其供电；

所述的传感器模块包括带有方向信息和刹车信息的三电平主动式轮速传感器、与轮速传感器连接的传感器信号转换电路，所述的轮速传感器设在传感器支架上；

所述的刹车模块包括液压泵、液压油路系统和制动钳，在制动钳上设有刹车片和刹车开关，刹车开关通过信号线与轮速传感器连接；

所述的主轴电机模块包括主轴电机伺服控制器和主轴电机，在主轴电机的主轴上安装有齿轮和制动盘，所述的制动盘装在刹车片之间，所述的齿轮安装在主轴的外端上；

所述的二维移动平台模块包括二维平台和与之相连的步进电机，步进电机再与步进电机控制器连接。

本发明所述的基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统，其进一步优选的技术方案是：所述的输入模块包括启动按钮、停转按钮、自动模式与手动模式转换开关、正反转转换开关、空气间隙增大按钮、空气间隙减小按钮、速度调节旋钮和刹车按钮。

本发明所述的基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统，其进一步优选的技术方案是：所述的采集模块采用采集卡或示波器。

本发明还公开了一种如以上技术方案中任何一项所述的的基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统的测试方法，其特点的，该方法包括以下步骤：

（1）开启设备：首先开启机身电源开关，按下系统开机按钮，进入待运行模式，打开计算机，设定触发条件，采样率，刹车过程参数；

（2）启动系统运行：把自动模式与手动模式转换开关转换至手动模式，按下启动按钮，按动空气间隙增大按钮或空气间隙减小按钮，使汽车轮速传感器的感应面与目标齿轮的间隙距离为0；

（3）启动刹车过程：手动模式下，转换正反转转换开关，此时主轴电机进行正转或反转，调节速度旋钮来调整轮速，顺时针旋转增大速度，逆时针旋转减小速度；按动空气间隙增大按钮或减少按钮，汽车轮速传感器的感应面与目标齿轮的间隙距离相应发生增大与减小；按下刹车按钮后系统刹车，传感器输出速度信号、刹车信号、正反转信号、强弱信号、气隙大小信号；把自动模式与手动模式转换开关转换至自动模式，按下启动按钮，齿轮正向加速，同时计算机采集轮速传感器的信号，进行显示、分析处理；齿轮加速至34Km/h后自动刹车，刹车过程中，计算机继续采集传感器的信号，进行显示、分析处理；刹车过程结束后，齿轮又进行正向向加速，同样加速过程中，计算机采集轮速传感器的信号，进行显示、分析处理，加速至80Km/h后自动刹车，刹车过程中，计算机继续采集轮速传感器的信号，进行显示、分析处理；之后进行167Km/h、230Km/h的加速、刹车过程，共4个过程构成一个加速的循环；循环结束后，齿轮进行反向加速，加速过程中，计算机采集传感器的信号，进行显示、分析处理，加速至34Km/h后自动刹车，刹车过程中，计算机继续采集轮速传感器的信号，进行显示、分析处理；同样的，反向加速、刹车过程也是34Km/h、80Km/h、167Km/h、230Km/h共4个过程构成一个加速的循环；反向的循环结束后，步进电机动作，使二维平台按照设定的步长移动，增加轮速传感器与齿轮的空气间隙，之后又进入正向、反向的加速、刹车过程，直至空气间隙达到最大值，整个过程结束；

（4）对轮速传感器信号进行实时采集，显示，分析处理；实时采集测量轮速传感器的高/中/低电流信号，实时显示信号波形，轮速和信号速度随时间变化的曲线；计算机内部构建标准刹车信号判定规则，包括：速度脉冲信号、协议信号、轮速差信号、波齿数、刹车信号、正反转信号、强弱信号、气隙大小信号，判断传感器在标准刹车过程中的测试是否合格；按下停止按钮，系统停止运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现三电平主动式轮速传感器信号的正传和反转的方向参数检测、刹车参数检测，实现对传感器信号强弱参数的判别，实现对传感器与齿轮空气间隙大小的调节，以及通过对传感器信号的检测来判别传感器与齿轮空气间隙的大小。实现在手动或自动条件下，通过分析刹车信息参数、正反转的方向参数，全面自动检测传感器性能，提高汽车运行的安全性。

附图说明

图1是本发明的硬件系统框图；

图2是本发明的操作台结构示意图；

图3是本发明的系统刹车过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图，进一步地描述本发明的具体实施方式，为的是对本发明进行详细说明，而不构成对本发明权利的限制。

实施例1，一种基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统，如图1所示，包括操作台10、计算机1、输入模块2、PLC模块3、主轴电机模块4、二维移动平台模块5、刹车模块6、传感器模块7、采集模块8和直流稳压电源9。

计算机1是测试系统的核心，是软件系统的宿主，作为基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统的中央控制单元，通过串口连接PLC模块3，给PLC模块3发送控制指令，使系统按照设定的运行过程参数运行。

同时计算机1连接采集模块8，通过控制采集卡81或示波器82采集三电平轮速传感器71的信号，传输到计算机1中，通过软件对采集的信号进行测量和分析，分别以波形、数据和图形形式显示传感器速度和协议编码信号，分析三电平主动式轮速传感器71信号的正传和反转的方向信息参数、刹车信息参数，信号强弱参数，传感器与齿轮空气间隙的大小参数，并判断是否为标准刹车信号，判断传感器71是否合格，同时自动保存测试信息。

输入模块2连接PLC模块3的输入，所述的输入模块2包括启动按钮21、停止按钮22、自动模式与手动模式转换开关23、正反转转换开关24、空气间隙增大按钮25、空气间隙减小按钮26、速度调节旋钮27、刹车按钮28。为符合人体工学、方便操作，输入模块2安装在操作台上。输入模块2向PLC模块3输入指令，设置系统的工作模式即自动模式还是手动模式，控制系统运行。

把自动模式与手动模式转换开关23转换到自动模式，自动模式开启，系统按照软件设定的参数自动运行，此时空气间隙增大按钮25、空气间隙减小按钮26、速度调节旋钮27、刹车按钮28无效。

把自动模式与手动模式转换开关23转换到手动模式，手动模式开启，使用控制台输入模块2按钮进行手动操作，按动空气间隙增大按钮25或减少按钮26，汽车轮速传感器71感应面与目标齿轮43的间隙距离相应发生增大与减小。调节速度旋钮27来调整轮速，顺时针旋转增大速度，逆时针旋转减小速度，调速范围为0-230Km/h。启动按钮21向系统发送启动指令，按下启动按钮21后系统运行。刹车按钮28向系统发送刹车指令，按下刹车按钮28后系统刹车。

PLC模块3分别与计算机1、输入模块2、刹车模块6、主轴电机模块4、二维移动平台模块5、直流稳压电源9连接。PLC模块3接受计算机1和输入模块2的控制指令，输出控制刹车模块6、主轴电机模块4、二维移动平台模块5按设定程序协调工作，即主轴电机42按照给定速度旋转；刹车模块6按照给定命令进行刹车控制，使主轴电机42减速或停转；二维移动平台模块5使三电平轮速传感器感应面与目标轮间隙距离相应发生增大或减小。

刹车模块6连接PLC模块3和传感器模块7。刹车模块6包括液压泵61，液压油路系统62，制动钳63，刹车片64，制动盘65和刹车开关66。刹车片64和刹车开关66固定安装在制动钳63上，制动盘65安装在主轴电机42的主轴上。刹车模块6接收PLC模块3的刹车指令，使用制动器执行系统刹车，液压泵61动作，通过液压油路系统62带动制动钳63动作，执行刹车过程。制动钳63动作时使刹车开关66动作，给轮速传感器71发送一个刹车信号，传感器71输出信号中出现反映刹车的参数信息。制动钳63，刹车片64，制动盘65和刹车开关66安装在操作台上方。模块外侧需加装机罩以提供安全保障。刹车模块6的运行过程在系统中设定，包含运转和刹车两种状态。处于运转状态时，制动器内部制动钳63和刹车片64远离制动盘65；当处于刹车状态时，制动钳63和刹车片64闭合执行刹车指令。

主轴电机模块4连接PLC模块3。主轴电机模块4包括主轴电机伺服控制器41，主轴电机42，和安装在主轴电机42轴上的齿轮43。PLC模块3发送控制信号给主轴电机伺服控制器41，主轴电机伺服控制器41控制主轴电机42进行正向或反向转动。刹车模块6与主轴电机伺服控制器41协调工作，控制主轴电机42的刹车过程，通过调整不同的转速进行刹车。主轴电机42转动带动主轴电机42轴上的齿轮43旋转，齿轮43感应三电平轮速传感器71产生信号。要求主轴电机42在30s内能够为系统提供320Km/h的正向和反向轮速。为便于安装和观察，主轴电机42、齿轮43同样安装在操作台上方。

二维移动平台模块5连接PLC模块3。二维移动平台模块5包括二维平台53，步进电机52，步进电机控制器51。PLC模块3发送控制信号给步进电机控制器51，控制器51控制步进电机52运行，带动二维平台53在主轴电机42的运动轴方向产生运动，改变轮速传感器71与齿轮43的空气间隙。系统正式运行前需要对空气间隙进行校零，校零受空气间隙按钮25、26控制，通过增大、减小空气间隙操作调节空气间隙至0点。为保护轮速传感器71与齿轮43，系统应自动记录空气间隙校零参数，同时在二维移动平台53上安装限位开关，以此给定安全运动区域，当调节空气间隙超出安全区域时，空气间隙增大按钮25和减小按钮26失效。为便于操作和测量，二维平台53及步进电机52安装在操作台上方，

传感器模块7与刹车模块6、采集模块8和直流稳压电源9连接。

传感器模块7包括带有方向信息和刹车信息的三电平主动式轮速传感器71，传感器支架72，传感器信号转换电路73。轮速传感器71可以为新一代汽车轮速传感器，可以同时输出轮速信号、方向信号、刹车信号、信号强弱、空气间隙大小等信号，还包括高、中、低电平信号，这些信号包含在传感器协议数据信号中。测试时把轮速传感器71安装于传感器支架72上，传感器支架72固定于二维平台53上，轮速传感器71与齿轮43正面或侧面相对，当齿轮43正反转动时感应轮速传感器71，使轮速传感器71输出信号，信号带有方向信息。在刹车过程中，刹车开关66动作送给轮速传感器71控制信号，轮速传感器71刹车信号输出。通过二维平台53的移动来改变轮速传感器71与齿轮43间的空气间隙，反映轮速传感器71的信号强弱、空气间隙大小的信号发生变化。传感器信号转换电路73把轮速传感器71输出的电流信号转换成电压信号，送给采集模块8。

采集模块8与传感器模块7、计算机1连接，采集模块8采用采集卡81或示波器82。计算机1控制采集卡81或示波器82采集轮速传感器71的输出信号并传到计算机1中进行显示、分析和处理。

直流稳压电源9连接PLC模块3和传感器模块7，为PLC模块3和传感器模块7提供工作所需电源。

实施例2，一种基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统测试方法，该测试方法通过计算机1和输入模块2发送命令给PLC模块3，PLC模块3输出信号控制主轴电机模块4、二维移动平台模块5和刹车模块6，按设定程序协调工作。

PLC模块3输出信号控制主轴电机模块4中的刹车模块6接收PLC模块3的刹车指令，执行系统刹车，液压泵61动作，通过液压油路系统62带动制动钳63动作，执行刹车过程。制动钳63动作时使刹车开关66动作，给轮速传感器71发送一个刹车信号，轮速传感器71输出信号中出现反映刹车的参数信息。即主轴电机42按照给定速度旋转；刹车模块6按照给定命令进行刹车控制，使主轴电机42减速或停转；二维移动平台模块5使三电平轮速传感器71感应面与目标齿轮43的间隙距离相应发生增大或减小。

同时的，PLC模块3发送控制信号给主轴电机伺服控制器41，主轴电机伺服控制器41控制主轴电机42进行正向或反向转动。刹车模块6与主轴电机伺服控制器41协调工作，控制主轴电机42的刹车过程，通过调整不同的转速进行刹车。主轴电机42转动带动主轴电机42轴上的齿轮43旋转，齿轮43感应三电平轮速传感器71产生信号。相同的，PLC模块3发送控制信号给步进电机控制器51，控制器51控制步进电机52运行，带动二维平台53在主轴电机42的运动轴方向产生运动，改变轮速传感器71与齿轮43的空气间隙。系统正式运行前需要对空气间隙进行校零，校零受空气间隙按钮25、26控制，通过增大、减小空气间隙操作调节轮速传感器71与齿轮43的空气间隙至0点。

当齿轮43正反向转动时，齿轮43感应轮速传感器71，使轮速传感器71输出信号，信号带有方向信息。在刹车过程中，刹车开关66动作送给轮速传感器71控制信号，轮速传感器71刹车信号输出。通过二维平台53的移动来改变轮速传感器71与齿轮43间的空气间隙，反映轮速传感器71的信号强弱、空气间隙大小的信号发生变化。传感器信号转换电路73把轮速传感器71输出的电流信号转换成电压信号，送给采集模块8。计算机1控制采集卡81或示波器82采集轮速传感器71的输出信号并传到计算机1中进行显示、分析和处理。

操作台的结构如图2所示：计算机显示器放于操作台的最上方，输入模块2安装在操作台操作面板上；步进电机52安装在操作台上方，二维平台53安装在步进电机52上，由步进电机52驱动移动；传感器支架72安装在二维平台53上，轮速传感器71安装在传感器支架72上，与齿轮正面或侧面相对，通过二维平台53的移动改变轮速传感器71与齿轮43的间隙距离；主轴电机42安装在步进电机52的上方，齿轮43安装在主轴电机42轴上，电机42的转动带动齿轮43旋转；同时制动盘65安装在主轴电机42的轴上，刹车片64、刹车开关66安装在制动钳63上、制动钳63安装在制动盘65上方，制动钳63动作带动刹车片64、刹车开关66动作，刹车片64夹紧制动盘65使主轴电机42刹车，刹车开关66把信号送给轮速传感器71。

计算机1、PLC模块3、主轴电机伺服控制器41、步进电机控制器51、液压泵61、液压油路系统62、传感器信号转换电路73、电源模块9、采集模块8全部均可放于操作台的下部。

本实施例所述的基于刹车过程的三电平轮速传感器测试系统的测试方法包括以下步骤：

1）开启设备：首先开启机身电源开关，按下系统开机按钮，进入待运行模式，打开计算机1，设定触发条件，采样率，刹车过程等参数。

2）启动系统运行：把自动模式与手动模式转换开关23转换至手动模式，按下启动按钮21，按动空气间隙增大按钮25或空气间隙减小按钮26，使汽车轮速传感器71的感应面与目标齿轮43的间隙距离为0。

3）启动刹车过程:手动模式下，转换正反转转换开关24，此时主轴电机42进行正转或反转，调节速度旋钮27来调整轮速，顺时针旋转增大速度，逆时针旋转减小速度。按动空气间隙增大按钮25或减少按钮26，汽车轮速传感器71的感应面与目标齿轮43的间隙距离相应发生增大与减小。按下刹车按钮28后系统刹车，轮速传感器71输出速度信号、刹车信号、正反转信号、强弱信号、气隙大小信号等。把自动模式与手动模式转换开关23转换至自动模式，按下启动按钮21，一个完整的刹车过程如图3所示，齿轮43正向加速，同时计算机1采集轮速传感器71的信号，进行显示、分析处理。齿轮加速至34Km/h后自动刹车，刹车过程中，计算机1继续采集轮速传感器71的信号，进行显示、分析处理。刹车过程结束后，齿轮又进行正向向加速，同样加速过程中，计算机1采集轮速传感器71的信号，进行显示、分析处理，加速至80Km/h后自动刹车，刹车过程中，计算机1继续采集轮速传感器71的信号，进行显示、分析处理。之后进行167Km/h、230Km/h的加速、刹车过程，共4个过程构成一个加速的循环。循环结束后，齿轮进行反向加速，加速过程中，计算机1采集轮速传感器71的信号，进行显示、分析处理，加速至34Km/h后自动刹车，刹车过程中，计算机1继续采集轮速传感器71的信号，进行显示、分析处理。同样的，反向加速、刹车过程也是34Km/h、80Km/h、167Km/h、230Km/h共4个过程构成一个加速的循环。反向的循环结束后，步进电机52动作，使二维平台53按照设定的步长移动，增加轮速传感器71与齿轮43的空气间隙，之后又进入正向、反向的加速、刹车过程，直至空气间隙达到最大值，整个过程结束。

4）对轮速传感器信号进行实时采集，显示，分析处理。实时采集测量轮速传感器71的高/中/低电流信号，实时显示信号波形，轮速和信号速度随时间变化的曲线。计算机1内部构建标准刹车信号判定规则，包括：速度脉冲信号、协议信号、轮速差信号、波齿数、刹车信号、正反转信号、强弱信号、气隙大小信号，判断轮速传感器71在标准刹车过程中的测试是否合格。按下停止按钮，系统停止运行。