基于虚拟仪器的汽车侧滑检测系统

现代仪器()二○○八年·第四期50基于虚拟仪器的汽车侧滑检测系统张重雄周敏（南京理工大学电子工程与光电技术学院 南京 210094）摘 要虚拟仪器是现代仪器技术与计算机技术相结合的产物，代表着仪器发展的最新方向和潮流。本文介绍一种基于虚拟仪器技术的汽车侧滑检测系统的设计方案，着重讲述利用NI公司的USB-6009数据采集卡开发侧滑量数据采集硬件电路和利用图形化编程语言LabVIEW8.2编写数据采集程序的设计方法。关键词虚拟仪器侧滑LabVIEW数据采集引 言汽车前轮侧滑量是机动车辆安全技术检测的重要指标。为保证汽车转向车轮无横向滑移的直线滚动，要求车轮外倾角和车轮前束有适当配合，当车轮前束值与车轮外倾角匹配不当时，车轮就可能在直线行驶过程中不作纯滚动，产生侧向滑移现象。当这种滑移现象过于严重时，将破坏车轮的附着条件，丧失定向行驶能力，引发交通事故并导致轮胎异常磨损。根据GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》规定，车轮侧滑量应小于或等于5m/km。所以，定期对汽车转向轮侧滑量进行检测，发现问题及时排查，对汽车的使用性能和经济性能具有重要意义。1 侧滑检测原理与系统构成转向轮横向侧滑量的检验可以在侧滑检验台上进行。目前国内侧滑检验台大多数为滑板式，其位移检测传感器采用电位计式，其触点的位移与滑动板的移动量成线性关系。检测时，汽车前轮驶过检验台，台上的滑板可向两侧滑动，滑板侧滑时，传感器触点随之位移，从而引起电压量的变化。检测计算机通过不断检测传感器的输出电压，并乘以一定的转换系数就可得到侧滑量。电位计式传感器的测量电路（见图1），在电位计两端加上一定的电压，当电位计的滑动触点随滑动板移动时，触点的输出电压与位移量成正比，通过放大后可送数据采集电路。+-AV0WR1R2Vr图1 侧滑量检测传感器电路侧滑检测系统的结构框图（见图2）。汽车横向侧滑量由电位计式传感器转换为电压信号通过调理放大后，送数据采集卡的模拟输入端。为实现自动测量，将接收光电管输出的指示车辆是否到位的状态信号送数据采集卡的数字输入端，作为检测系统开始采样的触发信号和结束采样的触发信号。ऺ໙ऐLabVIEW图2汽车侧滑检测系统结构框图检测系统采用NIUSB-6009作为数据采集卡。该卡为美国国家仪器公司（NI）推出的带有USB接口的多功能便携式数据采集卡，具有8路模拟输入、2路模拟输出、12路数字I/O和1路计数器端口，采样速率可达48KS/s，能满足侧滑检测系统的采样速度和实时性要求。NIUSB-6009数据采集卡的内部结构和信号端子分配（见图3）。NIUSB-6009数据采集卡的信号端子分配（见图3b）。模拟输入端子为AI0~AI7，模拟输出端子为AO0，AO1，数字I/O端子为：P0.0~P0.7，P1.0~P1.3，定时/计数器端子为PFIO，并可对外提供+5V和+2.5V的电源。2系统软件设计软件是虚拟仪器的核心。汽车侧滑检测系统的应用软件采用LabVIEW图形化编程语言开发。LabVIEW是美国国家仪器公司的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。LabVIEW作为一种强大的虚拟仪器开发平台，广泛地被工业界、学术界和研究51二○○八年·第四期研制与开发实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件，利用它可以方便地组建自己的虚拟仪器。按照GB7258-2004的规范性要求，横向侧滑量检测时，汽车应对正侧滑检验台，以3~5km/h车速平稳驶向台板，当转向轮通过台板时，测取横向侧滑量。在侧滑检验台的前端和后端，装有两对收、发光电管，汽车行进过程中，转向轮会先后遮挡住发射光电管，使接收光电管的输出状态发生改变。当检测计算机通过数据采集卡的数字输入端口检测到接收光电管的输出状态改变后，就可触发数据采集或停止数据采集，并对采集的数据进行分析、处理，按照国家标准评价侧滑参数。利用LabVIEW8.2函数模板中的DAQmx子模板所提供的数据采集VI开发的数据采集程序框图（见图4）。侧滑量数据采集程序的执行由LabVIEW8.2的层叠式顺序结构控制（见图4）。首先，采集程序执行图4a所示的检查车辆是否驶向侧滑台帧程序，在被检车辆平稳驶向侧滑检验台的过程中，转向轮遮挡住检测线上安装在侧滑检验台前端的发射光电管时，对应的接收光电管的输出状态由“0”变为“1”，检查车辆是否驶向侧滑台帧中的while循环停止，该帧执行完毕，程序顺序执行数据采集帧（见图4b）。在数据采集帧中，主要利用LabVIEW8.2提供的“DAQmxDataAcquisition”数据采集VI来设计数据采集程序。其中“DAQmxCreateVirtualChannel.vi”的功能是创建虚拟数据采集通道，“DAQmxTiming.vi”的功能是配置采集速率和创建缓冲器，“DAQmxStartTask.vi”的功能是启动数据采集，“DAQmxRead.vi”的功能是读取采集数据，“DAQmxClearTask.vi”的功能是清除数据采集任务。并采用While循环结构循环采集侧滑量数值。当车辆驶过侧滑检验台，转向轮遮挡住安装在侧滑检验台后端的发射光电管时，数据采集帧停止执行。在后续的程序中将读取存储在数据文件中的采集侧滑量数据进行处理、分析，并判定检测结果是否合格。采集程序设计中，选择NIUSB-6009数据采集卡的模拟输入通道0作为侧滑量采集通道，模拟输入范围设置为±10V，采样速率设定为1000Hz。3 结束语虚拟仪器技术是计算机技术和测量技术在仪器仪表领域相结合所形成的一种全新的仪器种类。本文所介绍的基于虚拟仪器的设计思想，采用NI公司的USB数据采集卡和图形化编程语言开发的汽车侧滑检测系统，不仅检测过程易于实现，同时具有界面友好，操作简便，可视性强，易于修改，扩展灵活，通用行强等特点。另外，通过测控计算机的网络接口和LabVIEW所提供的TCP/UDP网络通信VI，很容易实现汽车侧滑量的联网检测。参考文献1杨非.汽车侧滑检测技术，汽车实用技术，2003，(11)：56~582冯文彩等.汽车转向轮侧滑量测量技术研究，2005，25（6）：5~83张重雄.虚拟仪器技术分析与设计，北京：电子工业出版社，200714位数/模转换8通道14位模/数转换数字输入/输出端口模拟输入端口0~7模拟输出端口0~1P00~7P10~3PFIOUSB控制器USB接口外部供电电源+5V+2.5Va内部结构b信号端子分配图3NI USB-6009数据采集卡图4 数据采集程序框图a.检查车辆是否驶向侧滑台帧；b.侧滑数据采集帧ab（下转第54页）现代仪器()二○○八年·第四期54六西格玛的推行中，我们通过探讨，认为六西格玛项目应该和公司的战略重点紧密相扣，经济指标不应该是项目立项的唯一衡量标准，只要是符合公司战略重点的，客户满意度能提高的，流程能改善的，能帮助找到设计问题的，等等，都可以作为六西格玛项目。当然在选择六西格玛项目时，要考虑企业的资源是否充分，项目之间有没有目标或资源上的冲突，项目本身属于黑带项目还是绿带项目等，一般，绿带项目相对于黑带项目在技术层面要简单一些，不如黑带项目复杂。在选择六西格玛项目时，重点从以下几个方面考虑改进的机会：1.客户：采用恰当的方法研究顾客的需求和满意度水平。确定影响客户满意度的主要因素，设定安捷伦客户满意度指数ACS（AgilentCustomersatisfaction），其涵盖客户对产品质量，售后服务，交易简便，软件等多个方面，定期回顾顾客满意度水平。通过设计合理的问卷和统计分析，或通过问卷调查、电话访谈、拜访大客户、顾客投述等方法或渠道确定顾客的需求和顾客关键需求,并整理出关键质量特性。六西格玛项目应从顾客的关键需求出发，解决影响顾客满意度最大的关键因素。2.企业内部流程：主要是业务基本表格（BFT,BusinessfundamentalTable）中的各项指标中的弱项（红色警示项），明确这些指标和公司的关键业绩指标（如利润、现金流、成本或质量等）之间的关系，六西格玛项目选择的改进机会应是影响关键业绩指标的流程。3.竞争对手：时刻了解竞争对手的动向，并通过市场咨询公司的调查，时刻关注公司的市场占有率变化，和客户满意度一样，建立安捷伦市场占有率指数AMS（AgilentMarketplaceSurvey），同时回头检查公司的运作，确定哪些流程是急需改进的流程。以上是安捷伦科技（上海）有限公司在推行六西格玛过程中的一些体会，任何一种管理模式，其科学性的理论和实践是可以学习借鉴的，但在具体应用上，要从企业自身实际出发，照抄照搬注定是要失败的。参考文献1摩托罗拉六西格玛绿带培训资料，2003Studyofchip-computercontrolforgaschromatographythermalconductivitydetectorXieChiLiuNian(SichuanUniversity,Chengdu610065)AbstractTheanalysisanddesignofthecomponentsinthethermalconductivitydetectorwithchip-computerhasbeendone,andthecharacteristicoftheelectricbridgecircuitwiththerheniumtungstenfilamentisanalyzedanddesigned.Finally,thesensitivityandeffectconditionofgas-chromatographythermalconductivitydetectionsystemcanbegreatlyincreased.KeywordsThermalconductivitydetectionChip-computercontrolWeaksignalmeasurementThesystemofvehiclesideslipdetectionbasedonvirtualinstrumentZhangChongxiongZhouMin(CollegeofElectronicEngineeringandPhotoelectricTechnology,NanjingUniversityofScience&Technology,Nanjing210094)AbstractVirtualinstrumentistheoutcomethatthemoderninstrumenttechniquecombinetogetherwithcalculatortechnique,representtheinstrumentdevelopwithcurrent.Thisarticleintroducedakindofaccordingtothedesignprojectofthesystemforvehiclesideslipdetectioninvirtualinstrument,emphasizedtorelatetheexploitationUSB-6009developmentSideslipdatacollectthehardwarecircuitwithmakeuseoftheLabVIEW8.2theplaitwritesthedesignmethodthatdatacollectprocedure.KeywordsVirtualinstrumentSideslipLabVIEWDataacquisition（上接第49页）（上接第51页）