转速传感器测试系统的设计

任晓景，王帅

（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070）

在现代汽车控制系统中，车轮转速信号是众多控制系中最为关键的信息。制动防抱死系统（Antibraking System，ABS）在其工作过程中离不开对转速的测定，同时，转速信息也是现代汽车动态控制（Vehicle Dynamic Control，VDC）和汽车电子稳定程序（Electronic Stability Program，ESP）系统所必须的参数，因此获取准确的转速信息非常关键，进而设计出能够准确检测转速传感器的试验台具有十分重要的现实意义[1]。

鉴于上述原因，设计出一种基于LabVIEW的车速传感器测试台，能够简单有效地检验被测传感器是否合格，同时给出包括信号波形在内的测试数据。该试验台用途广泛，既可以测试传统的磁电式车速传感器电阻与输出信号，又可以测试新型霍尔式车速传感器的输出信号；同时借助LabVIEW软件实现了良好的用户操作界面，方便操作。

1 测试系统总体及机械结构

图1即汽车转速传感器试验台的系统结构图。根据测试要求，测试时的转速需稳定在75 r·min-1，为了提供稳定的测试转速，设计采用减速电机作为动力源，同时在电机轴一侧设计一个支座，使之与ABS齿圈相配合，这样既保证了测试转速的稳定，又减小了整个系统的体积。测试中对待测传感器与齿圈的间距要求精度较高，为此设计了一套基于千分尺的高精度进给机构，通过控制进给机构上的千分尺实现精确控制传感器进退的目的，保证测试距离的精确性。测试台系统的三维造型图如图2所示。

图1 转速传感器试验台系统结构

图2 转速传感器测试台总装图

2 测试系统控制及信号调理电路

测试系统控制及信号调理电路图如图3所示。图中K1为测量转换开关，当IOOutput1输出信号为1时，3号和6号引脚接通，此时，通过ADR1和ADR2处输出的信号，可以计算出传感器的电阻值。既保证了测试的传感器的电阻为无源电阻，同时又不需将传感器拆卸后单独测量，便于与LabVIEW进行配合，达到了简单精确的测试目的。

当IOOutput1输出信号为0时，2号及5号引脚被接通，这时转速传感器输出的电信号进入运算放大器LM324中进行放大。若传感器的电压值小于1V，为保证测试精度，对输入的信号进行升压，使电压达到2.5V左右，确保测量准确。[2]采用比例电路通过选择合适的电阻，将传感器的信号电压升压，然后经过集成运放LM324处理，最后将处理后的信号提供给数据采集卡。

图3 测试系统控制及信号调理电路图

3 基于LabVIEW的测试系统界面及程序设计

3.1 测试系统前面板界面设计

测试系统用户界面在保证必要功能控件的前提下，还需要尽量简洁明了便于操作。本系统有用户登录、数据采集卡的参数设置、传感器测量、数据显示及数据储存等5大功能[3]。为了能够使各个功能独立清晰地显示，在前面板中采用了选项卡控件，使各个功能得以归类。同时由于测试中最为关键的数据是波形，所以将波形图单独显示，并且分为单次采样波形、连续采样波形及最值波形3个波形图，更加直观地显示出测试结果[4]。基于LabVIEW的测试系统界面如图4所示。

图4 基于LabVIEW的测试系统界面

3.2 测试系统程序设计

对于测试系统，在确定待测传感器个数后，及将依次执行无源电阻测量及传感器信号测量。传感器电阻测量模块，根据图3的电路设计，将ADR1和ADR2处的信号输入USB4702数据采集卡，按照式（1）进行计算后即可得到相应结果。

传感器信号采集及检测模块的主要功能是：将经过放大后的信号完整显示出来，同时计算出波形的频率与峰值，判定其是否在要求的范围内，最后通过直观的红绿灯的显示给出相应的测量结果。[5]程序的具体实现过程如图5所示。对测量中需要储存的数据，程序中采用写入测量文件VI进行保存。测试程序在部分细节方面做了处理，例如使用属性节点将设定值的范围清晰标出，便于观察；将每次得到的波峰波谷以波形显示，可以直观地观察到传感器测量的波动情况。

图5 传感器测试数据处理程序流程图

4 转速传感器性能分析

本系统主要测试对象是磁电式转速传感器，该传感器在汽车后轮的安装方式如图6所示。ABS齿圈与轮毂固定连接，转速传感器固定于支座上。当车轮转动时，ABS齿圈相对于齿圈做周期性转动，由齿圈旋转引起磁场的变化，进而通过绕组产生周期性的电压变化，通过相关的电路和函数可以得到转速信息。[6]

图6 后轮转速传感器的安装位置

转速传感器安装测试要求如表1所示。在规定的安装情况下，所产生的交变电压幅值取决于频率f、温度和空间间隙S；在规定的频率、间隙和温度条件下传感器输出峰值电压必须满足表2要求。传感器和电缆线的阻值在20±5℃测得，电阻值R（20℃）必须满足其变化值在1100±110Ω范围之内。其他环境温度下，传感器电阻可按式（2）计算：

式中：RT为不同温度下的电阻值；TS为传感器工作温度。

表1 传感器安装测试要求

表2 传感器信号输出

本试验台采用LabVIEW作为上位机开发软件，使测试程序具有良好的人机交互性操作简单，数据存储与读取容易。而采用USB4702数据采集卡使得传感器信号可以真实地被上位机读取和处理，实现实时监控。同时其多路输入与输出功能又可以使数据采集卡得到充分的利用，能够提高测试效率，为进一步开发提供了条件。传感器实测界面如图7所示。

图7 传感器实测界面

5 结 论

通过实验结果可以得到：1）该测试系统可以实现通过控制继电器转换来实现对转速传感器无源电阻以及动态信号的测量。2）在传感器与齿圈间距离确定的情况下，转速传感器输出信号的频率随转速的增大而增大；同样当转速一定时，信号的幅值随间隙距离的增大而减小。3）通过判断待测试值是否在规定范围内时，即能准确地判断传感器是否合格。本套测试系统成本低，可操作性好，为转速传感器的后续开发提供了一个良好平台。

[1]胡兴军，子荫.汽车传感器发展综述[J].重型汽车，2004（2）：27-28.

[2]李俊松，宋仲康.汽车车速传感器测试系统的开发[J].汽车电器，2002（2）：13-15.

[3]陈彦夫.ABS轮速传感器的性能试验研究[D].合肥：合肥工业大学，2008.

[4]刘刚，王立香，张连俊.LABVIEW 8.20中文版编程及应用[M].北京：电子工业出版社,2008.

[5]Masao Watanabe，Noboru Noguchi.A New Algorithm for ABS to Compensate for Road—Disturbance[J].SAE 900205.

[6]Zhu Weibin,Li Dongsheng，Chen Yongliang.Study on ABS Performance Detection System[C].Proceedings of the 3rd International Symposium on Instrumentation Science and Technology，2004.