基于LabVIEW的轿车电动座盆检测平台

王 虎， 薛东岩

（1．长春工业大学机电工程学院，吉林长春 130012；2．通化市农机工程研究设计院，吉林通化 134001）

0 引 言

随着科技的发展，汽车不断地更新换代，新的车型也不断地涌向市场。与此同时，消费者对汽车的外观、安全性、舒适性等也提出了越来越高的要求。汽车座椅是汽车重要组成部分，它的质量直接影响汽车的乘驾舒适性。现代轿车的主驾驶和副驾驶的座椅多为电动可调的电动座椅，座椅的结构较传统座椅更为复杂，在组装车间组装完的座盆部分需要对其进行综合性能的测试。

国内针对汽车电动座椅的研究起步比较晚，相关的检测设备多需从国外购买，而且此类的检测设备多是针对电机单一部件进行的测试。所以，针对座盆组装完成后的性能测试设备的研制是十分必要的。该平台采用LabVIEW虚拟软件进行测试，LabVIEW以软件为中心，应用计算机强大的计算、显示和连接功能，在屏幕上组建用户自己的仪器仪表，实现“软件即是仪器”的功能［1］。

1 平台的整体结构

该检测平台的整体结构由3部分组成：

1）固定座盆并控制座盆动作的夹持机架；

2）采集、分析信号的上位机；

3）进行动作控制的电气机柜。

系统结构如图1所示。

作为本次测试的另一辆性能怪兽，兰博基尼Hur ac án Performante拥有640马力的强劲动力。虽然从数值上来看，这头“蛮牛”的功率输出只能算得上是中游水平，但其实力并不容小觑。

图1 系统结构简图

机架安放在具有隔音和减震效果的静音室内，工控机和控制柜安装在静音室外，便于操作人员进行操作和观察检测过程。夹持机架上安装了固定座盆的夹具，夹具在汽缸作用下夹紧和松开。机架上固定了加速度传感器和噪声传感器，座盆在运动过程中产生的振动和噪声在静音室内得到采集。信号采集过程的动作控制和检测结果的显示由安放在静音室的控制柜负责。

检测具体操作过程如下：

操作员将座盆放上机架→按双手启动按钮→夹具动作、系统原位→关闭静音室→座盆动作→数据采集→数据分析处理→结果图形显示→打印标签。

2 LabVIEW软件中的信号分析

采集到的信号还不能与系统设计参数相匹配，需要进行相应的数据分析。应用LabVIEW强大的数据分析功能可以将信号进行处理，最终转换成与系统设计要求相匹配的参数。LabV IEW提供了许多用Windows底层函数编写的声卡操作函数，这些函数在Functions→All Functions→Graphics＆Sound→Sound中［2］。

大量故障电机的实验分析研究表明，振动分析法在电机故障诊断中具有较强的针对性及准确性，在设备故障诊断中能够比较快速地找出问题所在，有效避免在电机振动诊断中出现盲目性及不准确性。该诊断方法是一种成熟可行的电机振动故障诊断方法［3］。由于随机信号具有统计规律性，研究随机信号是采用建立在大量观测实验基础上的概率统计方法。对于各态历经信号，由于其特征，无须做大量重复实验，就可由一个或少数几个样本函数推测或估计出随机信号的特征参数［4］。应用LabVIEW中Waveform Measurements VI模块可进行交直流成分分析、振幅测量、脉冲测量、傅里叶变换、功率谱计算、谐波失真分析、过滤分析、频率响应等数据分析操作［5］。

传感器采集到的信号经LabVIEW数字处理子VI处理后，可得到振动峭度值、电流主频等参数，各个参数的定义如下：

峭度：

式中：E（x）——x的数学期望。

当E（x2）＝1时

式中：m——均值；

s——标准偏差。

电流主频：由于电动座盆的电机是由多组插槽组成，当电刷在各个槽转换时电机电流会产生周期性波动，电流周期性变化的变化频率称为电流主频。

电流幅值：傅里叶变换可以将周期性变化的电流信号从时域转换到频域，将在频域中包围面积最大的频率下的电流值定义为电流幅值。

均方根幅值：又称有效值，均方值的正平方根，它是信号平均能量的另一种表达。计算公式如下：

采集到的信号经过Basic Averaged DC－RMS子VI处理得到直流分量大小和信号的均方根。同时，可应用Cycle Average and RMS子VI计算信号的周期平均值和周期均方值。

3 系统硬件组成

系统硬件由加速度传感器（LC0119）、电流变换器（TA1T10C10V3）、电机运动控制柜、电荷放大器、信号调整电路和计算机等组成。

电气控制组成框图如图2所示。

加速度传感器是采集座盆运动过程中产生的振动信号的装置，加速度传感器的基本力学模型是一个质量－弹簧－阻尼系统［6］。电流变换器是将采集到的电流信号转变成能够为计算机接受并处理的信号装置。

图2 电气控制组成框图

座盆和夹具的动作是通过电机运动控制柜完成的系统，要在控制座盆动作、夹具动作的同时进行数据采集，所以，要实现工控机和PLC协同工作。

根据座盆电机的工作电压要求，该检测平台采用直流可调电源为3个座盆电机供电，电机的工作电压为12～14V，故在测试时可调直流电源的电压定为14V［7］。

4 数据采集和分析

在座盆运动的同时，数据采集装置会进行实时采集，将座盆电机的电流、座盆振动和噪声等信号传输给上位机。上位机通过LabVIEW软件进行信号实时显示和数据分析，采集过程中座盆的电机电流、振动和噪声将以图表的形式实时地显示给用户，用图形的形式显示测试数据和分析结果可以看出被测对象的变化趋势，使虚拟仪器的前面板更加形象直观［8］。同时，LabVIEW通过数据分析处理给出最终的测试结果。

某一瞬间的振动信号（放大图）如图3所示。

图3 某一瞬间的振动信号（放大图）

在整个座盆检测的不同阶段，系统检测的参数如振动峭度值、电流幅值等会因座盆所受载荷的变换而变换。在进行数据处理时要求取得各个参数的平均值和最大值，用最大值判断座盆组装是否合格，参数取值如下：

式中：P——最终参与判断的参数，如峭度等；

p1，p2，…，pn——座盆运动不同阶段各个参

数的不同采样值。

电流测试前面板如图4所示。

图4 电流测试前面板

5 结 语

以LabVIEW作为测试软件，不仅给用户提供了直观的测试界面，测试结果可以快速显示，而且软件较硬件有更大的灵活性，可以方便地增加和更改功能，这是用硬件进行测试所做不到的。经过长期的测试实验改进证明，该平台测试响应迅速，测试结果准确且重复度较好，测试精度可达到测试要求。

［1］ 王文彬．基于LabVIEW平台的振动测试分析系统的开发［J］．仪器仪表用户，2004（5）：25－27．

［2］ 冯伟东，杨雪梅．LabVIEW和MATLAB在声音信号采集和小波降噪中的应用［J］．长春工业大学学报：自然科学版，2006，27（1）：41－44．

［3］ 杨守良，程正富，李才俊．基于频谱分析的电机故障检测仪硬件研究及FPGA设计［J］．测控技术，2010（3）：9－13．

［4］ 孔德仁，朱蕴璞，狄长安，等．工程测试技术［M］．北京：科学出版社，2009：30－31．

［5］ 白云，高育鹏，胡小江，等．基于LabVIEW的数据采集与处理技术［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2009：124－125．

［6］ 张洪震．叉指式硅微机械加速度计设计与检测技术研究［D］：［硕士学位论文］．长沙：国防科技大学，2006．

［7］ 中国标准出版社编．旋转电机标准汇编［M］．北京：中国标准出版社，2004：30．

［8］ 赵易彬，王振文．基于LabVIEW的数据采集系统［J］．科技应用，2006（4）：25－29．