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- 何 海龍,
挑戰(zhàn):
汽車線控換擋相對于傳統(tǒng)的機械拉鎖式不但機構(gòu)得到了簡化，成本大幅降低，而且增加了駕駛員的舒適度，成為未來汽車動力總成發(fā)展的一個趨勢。線控換擋的原理是利用不同擋位對應(yīng)的不同電信號向換擋控制器傳達駕駛員的操作意愿，換擋控制器控制集成在變速箱內(nèi)部的機械部分實現(xiàn)換擋。由于車內(nèi)的工作環(huán)境復(fù)雜（包括溫度，震動和電磁波等干擾），電子信號易受到干擾，錯誤的電信號會引起錯誤的換擋，這在行車過程中是非常危險的，因此有必要在線控換擋設(shè)備投產(chǎn)前進行耐久試驗，而且不但要監(jiān)測某一個擋位的穩(wěn)態(tài)信號，還要監(jiān)測擋位變化過程中的電信號。所以研發(fā)一個實時的電信號的檢測平臺變得十分重要。
解決方案:
程序方面，基于NI-PXI6259豐富的輸入輸出資源，充分利用DAQmx的屬性節(jié)點，實現(xiàn)了利用脈沖控制的狀態(tài)機模型以及根據(jù)外部電平的高低實現(xiàn)電平窗采樣的動態(tài)采樣機制；結(jié)合生產(chǎn)者消費者的模型建立了基于隊列的信號實時的輸入，輸出與處理；結(jié)合容錯機制，排除信號變化過程中瞬態(tài)變化的影響。硬件方面，利用伺服電機和位置傳感器控制換擋器在不同擋位間循環(huán)移動，同時在狀態(tài)變化時輸出脈沖和拉高采樣電平，從而實現(xiàn)在不同狀態(tài)下實時處理信號。
1、 引言
隨著線控技術(shù)的發(fā)展，線控換擋技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的機械拉鎖式換擋，成為未來汽車動力總成的發(fā)展趨勢，并且為智能化汽車打下基礎(chǔ)。線控換擋技術(shù)有很多優(yōu)勢，比如成本更低，換擋更平順，駕駛員更加舒適，節(jié)省車內(nèi)室空間等等。但是一個阻礙其擴展市場的因素是人們對線控換擋信號準確性的擔憂。由于車內(nèi)動力總成部分工作環(huán)境復(fù)雜，很容易讓工程師們懷疑電子信號的準確性。如果駕駛員的意愿是升擋，但由于受干擾而產(chǎn)生錯誤的電信號，車輛很可能換到減擋或者空擋等，這在行車的過程中是非常危險的。
作為線控換擋的零部件廠有必要向客戶整車廠證明線控換擋的電信號是可以信賴的。證明的最佳方法是通過一個耐久試驗，從而證明線控換擋的信號在高達幾十萬次的換擋過程中不會出現(xiàn)錯誤。
本耐久試驗平臺利用PXI6259較高的采樣速率以及高速的信號處理速率，實時地判斷信號是否正確，是否與擋位相對應(yīng)。記錄下錯誤的信號數(shù)量，結(jié)合總共的采樣量和允許的容錯率判斷這一狀態(tài)是否合格。
2、 線控擋位電信號監(jiān)測平臺設(shè)計背景和原則
線控換擋的電信號的準確性至關(guān)重要，靜態(tài)和瞬態(tài)的信號都要監(jiān)測其準確性，而且那有一定的持久性。
平臺的具體流程圖如下所示：
A. 伺服電機和位置傳感器協(xié)同工作，控制換擋器按照設(shè)定好的工況循環(huán)變化擋位位置，從而實現(xiàn)擋位信號的改變。
B. 伺服電機在擋位變化前向PXI6259發(fā)送脈沖信號，改變程序中的狀態(tài)機狀態(tài)，同時還發(fā)送電平信號，結(jié)合電平信號控制PXI659采樣的時間窗，實現(xiàn)根據(jù)各個換擋過程的動態(tài)采樣。
C. PXI6259根據(jù)狀態(tài)機狀態(tài)，判斷擋位信號傳感器的信號組合是否滿足要求。由于電信號變化過程中 必然經(jīng)歷過度狀態(tài)，會判斷出錯，但這個錯誤占總采樣量份額很少，而且并不影響正常換擋，因此引入容錯率，當計數(shù)的錯誤數(shù)量超過容錯率時，判斷出錯并記錄下來。
D. 臺式上位機提供用戶人機交互的界面，供實驗者設(shè)定耐久試驗的循環(huán)次數(shù)，擋位傳感器高低電平范圍，指定各種電信號的輸入通道，觀察各個擋位的錯誤狀況等。
3、 程序框圖整體設(shè)計
3.1 脈沖計數(shù)
由于脈沖計數(shù)獨立于信號采集和處理，因而程序中采用獨立的循環(huán)模式，但是用錯誤簇指定了程序的執(zhí)行順序。由于實驗實在模擬車內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的實驗室內(nèi)進行，周圍人為加上復(fù)雜的電磁干擾，因此有必要調(diào)用DAQmx通道的數(shù)字濾波屬性節(jié)點，從而抑制了干擾信號對脈沖計數(shù)的影響。
3.2 電平窗采樣
由于在執(zhí)行機構(gòu)換擋的過程中，各個擋位停留的時間不一樣，而且采樣必須盡量覆蓋整個換擋過程，因此，采用電平窗動態(tài)采樣的方法實現(xiàn)。具體的方法為調(diào)用DAQmx觸發(fā)的屬性節(jié)點，在輸入電平為高電平的時候進行采樣，低電平的時候停止采樣。
3.3 連續(xù)采樣
為了實時進行采樣并且讀取出來，進行連續(xù)采樣，采樣讀取vi的間隔設(shè)為-1，將采得的電信號輸入到隊列中去
3.4 狀態(tài)機狀態(tài)的改變和信號的處理
將隊列輸出vi放入一個while循環(huán)模塊中，只要隊列中存在信號，信號處理模塊中的隊列輸出就會輸出信號，脈沖計數(shù)模塊計數(shù)的脈沖值作為一個局部變量來改變狀態(tài)機的狀態(tài)。
信號處理模塊采用子vi
3.5 錯誤判斷和數(shù)據(jù)記錄
由于在擋位變換過程中，一定有電平的過度狀態(tài)，因此一定會出現(xiàn)規(guī)則下的錯誤，但是這些錯誤實際中不影響換擋，因此要排除掉這些錯誤，引入了錯誤容限。當確實存在擋位的錯誤信號的時候，并且數(shù)量足夠多，超過容限時，程序就會記錄下來相應(yīng)的擋位信號值以及出錯的位置（第幾次循環(huán)）
即使出現(xiàn)錯誤信號，但是如果沒有超過容錯率的話，數(shù)據(jù)不予記錄，否則幾十萬次試驗下來的數(shù)據(jù)量非常大，會占用大量資源。
4、 前面板設(shè)計
前面板包括信號，電平和脈沖等輸入通道的設(shè)定，還有擋位的狀態(tài)指示以及相應(yīng)的錯誤次數(shù)記錄等。為了便于區(qū)分不同功能，采用了選項卡設(shè)計的方法。
在初始化設(shè)置這個選項卡界面，包括了傳感器的輸入通道，脈沖，電平的輸入通道，擋位信號電平的高低范圍等。
在擋位運行顯示這個選項卡界面中，用布爾燈標示出擋位的狀態(tài)，同時顯示各個狀態(tài)的錯誤顯示，一個總的耐久循環(huán)次數(shù)顯示和一個緊急停止鍵。
在運行狀態(tài)圖這個選項卡中，運行狀態(tài)及其對應(yīng)的傳感器信號值相應(yīng)標示出來，便于試驗人員的調(diào)試和監(jiān)測。
5、 現(xiàn)場試驗測試
 
現(xiàn)場試驗的步驟是
A. 將換擋器固定在實驗平臺上，固定好相應(yīng)的位置傳感。
B. 配置好伺服電機的控制程序，使其能按照設(shè)定的工況控制換擋器持續(xù)工作，同時在規(guī)定時機向PXI6259發(fā)送脈沖和高低電平。
C. 配置好臺式電腦上的上位機，設(shè)定信號的輸入通道，觀察運行狀態(tài)是否與實際狀態(tài)同步，如果同步，則可以開始正式試驗。
6、 結(jié)論
在監(jiān)測線控換擋信號準確性的耐久試驗中，我們應(yīng)用了NI公司的PXI6259和labview2011軟件平臺進行了開發(fā)設(shè)計。由于其豐富的I/O資源和功能強大的屬性節(jié)點，成功地實現(xiàn)了本次項目中的各項技術(shù)要求：動態(tài)采樣，脈沖觸發(fā)狀態(tài)機狀態(tài)改變和生產(chǎn)者消費者模型用于實時處理信號等。成功地幫助我們設(shè)計了一套令包括福特，馬自達，大眾等國內(nèi)知名整車廠信賴的線控換擋檢驗平臺，為線控換擋向市場的推廣打下了堅實的基礎(chǔ)。
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