- 何 海龍,

挑戰(zhàn):
汽車線控?fù)Q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?fù)Q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(dá)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?fù)Q擋設(shè)備投產(chǎn)前進(jìn)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?fù)Q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?fù)Q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?fù)Q擋信號準(zhǔn)確性的擔(dān)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(zhǔn)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?fù)Q擋的零部件廠有必要向客戶整車廠證明線控?fù)Q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?fù)Q擋的信號在高達(dá)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?fù)跷浑娦盘柋O(jiān)測平臺設(shè)計背景和原則

線控?fù)Q擋的電信號的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，靜態(tài)和瞬態(tài)的信號都要監(jiān)測其準(zhǔn)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(dāng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行采樣并且讀取出來，進(jìn)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(dāng)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(biāo)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(biāo)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?fù)Q擋信號準(zhǔn)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(jìn)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(dá)，大眾等國內(nèi)知名整車廠信賴的線控?fù)Q擋檢驗平臺，為線控?fù)Q擋向市場的推廣打下了堅實的基礎(chǔ)。