基于虚拟仪器技术的电动玻璃升降器试验台研究

江明珠

（桂林电子科技大学信息科技学院 广西·桂林 541004）

汽车行业的发展随着社会经济的发展变得如日中天，除了价格和品牌，汽车的舒适度也成为了人们非常关注的方面。根据汽车世界了解到：汽车的空调设置、车窗控制和照明控制在汽车的舒适度评价上占主导地位。目前，车窗的设计变得越来越融合、现代化、人性化。作为车体的重要组成部分，车窗系统的设计满足了车内照明、通风，提供人们一个良好的驾驶环境，达到保护效果。

目前，在市面上有各种各样的车窗升降器，例如绳轮式升降器，它是由直流电机、钢丝、导向板和安装玻璃的支架组成。安装时只需要将玻璃固定在安装支架上。启动电机后，通过电机的正反转来拉动钢丝绳，使玻璃托架做平移运动，此时车窗玻璃也就沿着直线上下移动。由于车窗频繁的进行升降操作，因此对升降器的性能要求较高。数据表明，汽车玻璃升降器是汽车故障率较高的部件，玻璃升降器工作的可靠性和疲劳寿命成为满足质量要求的特殊性能指标，因此可靠性和耐久性对于电动车窗来说就显得尤为重要。

依据QC/T626-1999《汽车玻璃升降器》、QC/T636-2000《汽车电动玻璃升降器》、QC/T29071-1999《汽车用玻璃升降器》质量分级标准等规范，设计了基于虚拟仪器技术的玻璃升降器试验台。该试验台利用 NI工业级的嵌入式控制器作为系统主控核心，同时测量玻璃升降器的电流、电压、升降速度，多次重复试验测出升降器的寿命。

1 系统总体设计

试验台整体设计如图1所示，基于虚拟仪器技术进行了系统搭建，使用NI嵌入式控制器作为采集和控制的核心，配置AI/DIO/以太网的输入输出口，实现信号的输入输出以及数据的处理。采用可调电源对电动车窗的电机供电，通过嵌入式控制器对电源进行程控，使电机两端的电压始终满足测试要求。电机的电流和电压信号分别通过电流传感器和电压传感器送入控制器中进行AD，测试数据通过虚拟仪器软件Lab-VIEW送入上位机，可以直接在PC主机中进行显示。同时也可以与设定阈值进行对比，超过设定值则启动报警器。

图1：基于虚拟仪器技术的玻璃升降器试验台的总体设计

2 系统硬件电路

试验台系统采用的电流传感器和电压传感器都是属于电流输出型传感器，需要进行I/V变换与前置放大，因此采用OP07对I/V变换后的信号进行放大。

电流传感器选择了 Allegro公司推出的线性电流传感器ACS712，它仅需要单电源5V供电，内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，在检测范围±30A内，传感器的输出电压和检测电流成正比，几乎不受温度的影响。

车窗的电机驱动可以用高低电平或者PWM脉冲来驱动集成芯片内部的“H”桥式电路以控制直流电机的正反转。电机驱动模块BTS7960加速性能好、减速性能好、稳定性好、内阻小、效率高，更适用于电动车窗升降器。BTS7960是Neolithic系列中三个独立芯片的一部分，它可以通过逻辑电平输入、电流采样诊断、变频调速、过流、短路等结构轻松连接到嵌入式处理器，其输入电平为3.3V-5V，能够用高低电平或PWM脉冲进行控制。由于本设计并不需要检测PWN值，直接使用L_PWN引脚输入，提供5V电平使电机正向旋转，同样R_PWN引脚也输入5V电平，这时电机反向旋转，从而实现电动车窗的升降。输入端口：RPWN—正向电平输入、LPWN—反向电平输入，都是提供高电平时有效；R_EN—右端使能输入、L_EN—左端使能输入，高电平使能；VCC接入+5V电源，连接到系统的可调电源，GND端接公共地。

3 系统软件

试验台的软件设计是基于图形化编辑的虚拟仪器软件LabVIEW进行开发的，产生的程序是框图的形式，具有良好的人机界面。试验台主要实现的功能有：

（1）数据采集：由电流传感器采集主通路中的电流，电路传感器的输出连接到嵌入式传感器的模拟输入端口，由嵌入式处理器的AI输入口对电流进行采集；限位器的输出连接到嵌入式控制器的数字输入端口，由嵌入式控制器的数字IO口对限位器的信号进行采集。

（2）数据处理：NI的高性能嵌入式处理器对采集过来的数据进行采集以及相应的数据处理。

（3）数据存储：电流数据可以被实时地存储到嵌入式处理器的硬盘中。

（4）报警：报警模块的输入端连接到嵌入式控制器的数字输出端口，有嵌入式控制器的数字IO对报警模块进行控制。嵌入式处理器实时地比较电流数据和给定的阈值，一旦电流数据超出阈值，从嵌入式处理器的数字IO端口输出IO信号，控制报警模块进行异常报警。

（5）异常停机：继电器的输入端连接到嵌入式控制器的数字输出端口，嵌入式处理器实时地比较电流数据和给定的阈值，一旦电流数据超出阈值，从嵌入式处理器的数字IO端口输出IO信号，关断继电器，从而实现系统异常停机。

（6）数据显示：PC机通过以太网接口与嵌入式控制器连接，嵌入式控制器把处理结果通过虚拟仪器软件LabVIEW实时发送到PC机进行显示，并且实时地接收来自PC端的输入参数。

要对电动车窗的耐久性进行测试，车窗升降器需要进行了成千上万次上升和下降实验，并实时检测记录下其工作时的电压值、电流值、时间和次数。电压值和电流值是在车窗下降再上升的一个周期内平均采样16次。当车窗升降器处于正常工作状态时，测得的电压值和电流值如图2（a）所示，车窗升降过程中电压值基本是恒定不变的，电流值也是处在一个稳定的范围内，车窗升降的时间也是处于一个稳定的范围内（4～5秒）。当车窗升降器出现堵转，测得的电压值和电流值如图2（b）所示。在车窗由上升变为下降状态时，电流值出现了尖锐的峰，说明此时的电流偏大，车窗出现了堵转现象。当车窗升降器出故障时蜂鸣器报警的情况，测得的电压值和电流值，如图2（c）所示。比较车窗工作的三种状态，能够很明显的观察到：车窗正常工作时，电流恒定，没有尖锐的曲线；当车窗升降过程中存在微堵转时，那一瞬间的电流比正常工作下的电流约大4倍；当车窗升降时遇到卡顿或堵转时间过长，此时的电流极大，约是正常工作时电流的6倍。

图2：车窗升降器3种状态下实测电压值和电流值（a）正常工作（b）堵转（c）故障

4 结论

该试验台利用NI工业级的嵌入式控制器作为系统主控核心，同时测量玻璃升降器的电流、电压、升降速度，通过长时间的运行和检测，根据采集数据的统计，实际测量次数达10000多次。该试验台实现了自动化测试，加快电动车窗升降器的测试时间，为汽车制造公司提高测试效率和降低测试成本。