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1  引言

连接在汽车传动轴上的车速传感器，用来反映汽车的速度，它的好坏直接关系到汽车行驶的质量，优质可靠的车速传感器是汽车中必不可少的重要部件。以往国内对车速传感器的检测是靠人工使用示波器观察来实现的，故效率低、精度差。现研制成功的这套汽车传感器总检系统，以工业控制计算机为工具，以计算机信息技术为手段，对车速传感器的性能进行检测与分析，并应用误差分析理论，在检测中解决了以前不能克服的误差，使车速传感器的出厂合格率确保在100%的水平。

2  系统的组成及工作原理

本系统采用计算机实时多任务分级控制系统，控制实现车速传感器的运行工况，同时对车速传感器的输出信号进行采样。软件完成人机交换界面并且发送控制指令、数据采集、数据分析和统计、数据处理、系统自检及维护、参数设置、数据库维护等任务。系统主要组成部分框图见图1。

应用模糊推理功能实现PID参数自整定的控制器，是在常规PID控制器的基础上，采用模糊推理思想，根据不同的输入误差和误差变化率，对PID参数进行在线自整定的控制。因此，使调速系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面特性得到了提高。程控电源内部是采用反馈闭环控制系统，通过单片

         
图1   系统的组成框图

机对输入量在给定的稳态误差内对输出量进行调整。以上系统的输入值与计算机的设定值之间形成对应关系。系统通过应用样条插值法建立一种函数对应关系调试编程完成，实现对电压及电动机转速的精确调控。运用软件的方法可以减少对硬件设备的需要，缩短产品的调试和开发周期。

示波卡是基于计算机ISA总线的虚拟测量仪器，它采用双通道A/D工作方式，其A/D转速频率最高可达到40MHz，测量信号范围为±20ｍＶ～±20Ｖ，测量误差<满度的1%，采样深度为8792bit。通过计算机编程直接控制其硬件的操作，如交直流信号的切换、触发模式、采样频率、是否滤波等，最终将结果送入计算机内进行处理。

控制指令通过操作按钮输入，再通过DI板(PC2812PG)传送给计算机。计算机接收指令，按软件设定的值，通过D/A(PCL728)带正负电源的数模转换器输出给调速系统。调速系统根据给定值通过PID控制器控制电动机以给定值旋转。同时，计算机通过另一个D/A数模转换器向程控电源发送一个设定的电压值。程控电源通过单片机控制向车速传感器输出稳定的工作电压。此时车速传感器在给定的工况下工作，输出脉冲信号。示波卡在给定的采样频率下对信号采样，其采样数据送入计算机。计算机最后通过对测量数据的分析计算将结果在系统界面显示并保存。

3        系统的主要测试项目及测试方法

3.1 测试项目及要求　

车速传感器主要由一个八极磁钢、霍尔传感器和放大电路组成，如图2所示。电机带动磁钢转动时，因磁场的变化，每转一圈霍尔传感器产生8个脉冲波，经放大电路放大后输出，用计算机对在不同转速下的波形进行高速实时采集、分析，得出以下下7项数据，技术指标(以法国雪铁龙汽车公司技术要求设定)是:

1)     频率(3000ｒ/ｍｉｎ时)400Ｈｚ±1Ｈｚ;

2)     高电平11.2～12.2Ｖ±0.1V；

3)     低电平1.0～2.3Ｖ±0.1Ｖ;

4)     占空比50%±10%;

5)     上升时间<100μｓ;

6)     下降时间<100μｓ;

7)     周期精度<10%。

图2   车速传感器的组成

3.2   误差分析

按照误差的性质和特点，误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。下面的讨论主要围绕着测量数据的频率和幅值，如何减小系统误差和随机误差。

系统误差的消除系统误差是由固定不变的或按确定规律变化的因素所造成，这些误差因素是可以掌握的。在本系统中计算频率的系统误差主要是由D/A转换的非线性所引起的。本系统根据示波器的校正结果使用软件方法对D/A输出进行线性化处理。

随机误差是由很多暂时未能掌握或难以掌握的微小因素所构成。经分析本系统中构成随机误差的因素主要有以下几方面: 1)测量装置方面的因素: 如电机与车速传感器之间配合的不稳定性。2)环境方面的因素: 如电机旋转产生电磁场对波形数据的干扰。3)方法方面的因素: 计算时产生的舍入误差。因这些噪声频谱往往很宽，且具有随机性，采用硬件防干扰措施只能抑制某个频率段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统，故除了采取硬件防干扰方法外，还要采取软件防干扰措施，即可以通过数字滤波技术剔除虚假信号，求取真值。

本系统采用防脉冲干扰平均值滤波法，即将Ｎ个采样数据中的最大值和最小值去掉，然后计算Ｎ-2个数据的算术平均值。而Ｎ太大会降低测量速度，太小又会使波形失真，因此在实际取值时是根据采样频率的大小，使用示波器对比调试而定。

3.3 波形分析的实现

测试车速传感器参数时，软件设定用4096个采样点对其旋转1周所输出的信号进行采样。则有:f2 =4096×f1、ｔ=1/f2，其中f1为电动机旋转频率（为设定值），f2为采样频率，ｔ为采样间隔时间。在进行数据采集时t是不变的，这样波形分析就变成对采样点进行计算。所以，程序的难点在于如何正确的找出波形的4个跳变点。

在计算参数时可通过递推平均法追踪矩形波的取值起点，即将Ｎ个测量数据看成一个队列，队列的长度为Ｎ，每取一次值，就把其放入队尾，而扔掉原来队首的数据，这样队列中始终有Ｎ个值，对Ｎ个值求平均值并保存为Ｎ1，再进行下一个计算保存为Ｎ2，取其差值Ｎ3=|Ｎ1-Ｎ2|，设定一个误差值δ，如果Ｎ3∈[-|δ|，+|δ|]，则认为刚扔掉的数据为高 电平或低电平的采样起点。同理Ｎ3  [-|δ|，+|δ|]，则认为刚放入队尾的数据为高

电平或低电平的采样终点。

高电平Ｕｍａｘ可通过对高电平起点和终点的采样数据取算术平均求得，同理可求出低电平Ｕｍｉｎ。

上升时间ｔ1可通过计算低电平终点和高电平起点之间的采样个数ｎ，利用ｔ1=ｎ×ｔ求得。同理，可求得下降时间ｔ2、周期精度、占空比。

以上的测试参数，为保证测量的准确性，在实际测量时是经过多次测量求其平均值而得。

4        结语

   本检测系统采用Visual C++ 6.0作为开发工具，以中文Windows 2000作为开发环境。使车速传感器的生产归于科学化，检验规范化，从而使国产车速传感器的生产达到汽车工业的国际水平。系统实际运行一年多来，各项指标均达到或超过技术要求，并已通过验收。目前的系统集数据采集、数据分析、波形显示、数据保存、数据查询打印于一体，属于功能比较完备的检测系统。

参考文献：

【1】       侯国章.测试与传感器技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998

【2】       杨惠连,张　涛.误差理论与数据处理.天津:天津大学出版社,1992

【3】       周金萍,徐丙立等.Windows 系统编程.北京:人民邮电出版社,2002