霍尔式轮速传感器功能测试系统设计

殷苏民，陆文俊，江 煜，朱锦萍，王祖声

（江苏大学机械工程学院机械电子工程系，江苏镇江 212013）

0 引言

随着汽车技术的迅速发展，防抱死制动系统（ABS）已广泛应用在各类汽车上，而轮速传感器准确检测车轮速度是ABS正常工作的前提条件［1］。因此，为保证产品质量，生产厂家对轮速传感器性能参数的检验已成为必不可少的一个环节。如果采用常规方法，采用不同设备进行分项测试，存在可靠性差、检出率低、测试效率低等问题，不利于批量生产［2］。所以，设计一种高效率、高性能、经济方便的新型测试系统是十分必要的。

根据轮速传感器测试要求和参数，本文提出了一种以工控机、数据采集卡、数字I/O卡、LCR测量仪、伺服电机等为硬件平台，以LabVIEW为软件平台的轮速传感器功能测试系统。该系统具有数据采集、参数设置、自动检测等功能，系统检测效率高、可靠性好、操作简单且实用性强。经实际调试应用，效果良好，测试速度达到了10.5s/pcs，大大提高了测试效率，并且更好地保证了产品的质量。

1 测试系统

1.1 传感器

轮速传感器目前主要有电磁式（被动式）和霍尔式（主动式）2种。相对于电磁式轮速传感器，霍尔式轮速传感器有以下优点:工作间隙大;低速性能好、响应频率高，能完成接近零速检测;尺寸小，质量轻，对外界磁场抗干扰性强等［3，4］，因此，得到了越来越广泛的使用。主动式轮速传感器结构如图1所示，霍尔芯片集成了霍尔元件、信号放大器和信号处理电路，通过H形端子与芯线连接。一个永磁铁被安装在集成电路上方用来产生恒定磁场，当测试齿轮转动时，通过IC的磁通量就会发生连续的变化。

图1 主动式轮速传感器结构图Fig 1 Structure of active wheel speed sensor

1.2 测试内容

根据生产实际测试要求，需要测试传感器的如下电学功能参数:

1）高低电流值:指轮速传感器输出脉冲信号的导通电流值（高电流）和关断电流值（低电流）;

2）高低电流比:指导通电流和关断电流的比值;

3）高低脉冲时间:指一个周期内输出脉冲信号中高电平和低电平的持续时间;

4）占空比:指高电平在一个周期之内所占的时间比率;

5）电容值:霍尔芯片中为了提高电磁兼容性而封装的电容的值。

1.3 测试原理

主动式轮速传感器是利用霍尔原理工作的，测试原理如图2所示。测试轮是一个刚性脉冲圈，等间距分布着48个相等齿高和齿宽的齿。轮速传感器中封装有霍尔芯片和永磁铁，霍尔芯片位于测试轮和永磁铁之间，能够检测齿经过传感器时所引起的磁通变化。当测试轮转动时，轮速传感器会受到测试轮的激励，交替变化的齿隙会引起恒定磁场中的相应波动。磁通量的连续变化产生相应的信号，再通过信号放大和调理转换成输出电流信号的脉冲沿。轮速数据以方波脉冲的形式作为外加电流来传递，脉冲频率与轮速呈比例，而且能一直检测到车轮几乎停止（0.1 km/h）。在测试电路中，可使用75 Ω的采样电阻器以使其转换为电压波形，再用数据采集卡进行采集。

图2 测试原理图Fig 2 Testing principle diagram

2 测试系统设计

2.1 测试系统硬件设计

根据测试项目要求搭建的轮速传感器测试系统，主要由工控机、数据采集模块（数据采集卡、GPIB卡、LCR测试仪）、运动控制部分（数字I/O卡、伺服驱动器、伺服电机）和人机交互部分组成，其连接见图3。

2.1.1 工控机

工控机是测试系统的核心，也是测试软件的载体，其运行的稳定与否直接关系到测试工作能否可靠进行。系统采用研华的IPC—610工控机，结构紧凑，扩展灵活，具有良好的稳定性，适于在工业环境中使用。测试中负责处理LCR测试仪测量的数据和数据采集卡采集的数据，并将结果显示在软件界面上。

图3 硬件系统连接图Fig 3 Connection diagram of hardware system

2.1.2 数据采集模块

数据采集卡主要完成对传感器输出信号数据的采集。系统选用凌华PCI—9816数采卡，通过容量为512 MB板载内存存储数据波形，以供工控机处理。该卡具有4通道同步单端模拟输入，并配备了4个高线性度的16位A/D转换器，每通道采样率最高可达20 MSPS。在实际测试中经过验证，可以很好地满足系统的精度要求。

GPIB通信协议转换卡安装在工控机中，用于连接LCR测试仪和工控机，从而实现信息的发送和接收。其中的LCR测试仪选用安捷伦LCR 4263B，用于测量传感器中的电容值，它能快速准确地通过GPIB线缆传输测试数据，测试频率可达100 kHz。

2.1.3 运动控制部分

测试过程中，伺服电机带动测试轮转动，负载小。选用施耐德Lexium 23系列超低惯量伺服驱动器和伺服电机，可以满足要求。采用伺服位置控制方式，通过数字I/O卡向伺服驱动器的/PULSE，PULSE和/SIGN，SIGN口输出脉冲信号，以控制伺服电机的速度和方向。

2.1.4 人机交互部分

人机交互由键盘、鼠标和显示器组成，能完成产品型号输入、测试软件调用、测试结果显示、电机启停控制等功能。

2.2 测试系统软件开发

2.2.1 软件功能与界面

测试系统软件采用LabVIEW作为开发平台，人机交互界面友好，功能强大，其主要功能包括传感器参数数据采集、实时显示、自动存储、分析计算和自动判断、错误显示，对测试过程和步骤进行自动化控制［5～6］。

根据生产实际分析，本测试软件分为5个部分:

1）载入测试文件:输入产品型号，载入对应的测试文件，准备开始自动测试。

2）校准模式:连接信号源和标准电容，用以校准并显示结果。

3）波形显示分析:显示并分析数据波形。

4）手动模式:手动控制继电器，信号灯和伺服电机。

5）自动测试模式:产品自动测试与结果显示。

其中，自动测试模式直接用于生产中轮速传感器的测试，界面由5个模块构成:结果显示、参数显示、数据统计、测试状态和产品不良提示。在测试结果显示模块中，可显示测量到的各参数的值，以及各参数允许的最大值和最小值，通过比较用以判断是否通过测试。在测试参数显示模块中，可显示产品型号、工装型号和测试节拍。在测试数据统计模块中，可实时显示产品不良数、产品通过数、测试产品总数等信息。在测试状态模式中，可实时显示测试过程中的各个状态，以方便实时监控。在测试不良提示模块中，可显示产品测试不良的类别和个数，以供技术人员监控产品质量，若出现较多测试不良，可及时采取措施，保证产品质量。

2.2.2 软件流程

测试软件流程图如图4所示。测试前，软件先搜寻插入工控机的板卡，若搜寻成功，软件加载相应驱动并初始化，以做好测试前的准备。再输入产品型号，更换工装和校准测试轮位置，通过扫描枪扫描工装二维码确认换型状态以后，按下开始按钮开始测试。测试过程中，软件会响应触发事件逻辑执行各个VI，从而完成整个测试。通过GPIB卡和GPIB电缆传送执行指令，驱动LCR测试仪，完成对电容的测量;数据采集卡通过高频信号线，采集轮速传感器输出电流在电阻器两端的电压脉冲信号。所有项目测试完成后，软件根据各个项目的测试结果与各测试项目标准参数进行比较，判断产品是否合格，并显示在自动测试界面上。测试通过，需要手动进行热刻印打标;测试不通过，需要把报废品放入废料盒，并通过光电传感器检测，否则，不能进行下一次检测。每一组测试，软件还会统计不良品数和测试节拍，并实时显示测试状态。测试完成后，项目测试数据和测试结果会自动存储到硬盘里，以方便技术人员查看和产品质量分析。

图4 测试软件流程图Fig 4 Flow chart of test software

3 测试举例

在正常生产环境下对DF11S型汽车轮速传感器共100只产品进行了测试，测试结果如表1所示。

表1 轮速传感器测试数据表Tab 1 Test data table of wheel speed sensor

从表中数据可以看出:本测试系统测得的数据具有一致性好、精度高、稳定性好等特点，证明了该测试系统的设计满足要求。

4 结束语

本文设计了一种基于LabVIEW的汽车轮速传感器功能测试系统，实现了对轮速传感器电学功能的自动测试。通过生产现场对产品连续大批量的测试，所得数据准确可靠，证明了系统的高稳定性。测试精度达到0.1%，测试速度达到10.5 s/pcs，满足了生产中对测量的快速和高精度要求。本系统人机接口良好，运行稳定可靠，减少了人工因素的影响，保证了产品出厂合格率在100%的水平，满足了现代化生产对测试的要求。

［1］孙 骏，陈彦夫.汽车 ABS轮速传感器性能测试系统的实现［J］.电子测量与仪器学报，2009，23（3）:105-109.

［2］陈欣然，赵 磊，王文平，等.基于LabVIEW的霍尔式轮速传感器测试台设计［J］.物联网技术，2011（8）:50-52.

［3］林绍华.霍尔传感器原理及在车速传感器中的应用［J］.轻型汽车技术，2003（12）:14-16.

［4］李建秋，赵六奇，韩晓东，等.汽车电子学教程［M］.3版.北京:清华大学出版社，2011:35-45.

［5］田锦明，龚成龙，纪连海，等.基于LabVIEW的汽车轮速传感器测控系统设计［J］.仪表技术与传感器，2010（6）:21-24.

［6］周 菊.ABS霍尔式轮速传感器磁体测试技术研究［D］.南京:南京林业大学，2011:48-53.