如何使用LABVIEW和交流伺服電機(jī)解決車輛換擋桿系統(tǒng)的失效問題

　　挑戰(zhàn)： 車輛換擋桿耐久試驗(yàn)要求車輛換擋桿在指定負(fù)載條件，以一定速度在兩個(gè)確定工作位置間運(yùn)行大量次數(shù)（如40萬次），并對(duì)運(yùn)行中的速度、次數(shù)等參數(shù)監(jiān)控，并希望預(yù)留對(duì)系統(tǒng)電流及電壓等參數(shù)的監(jiān)控?cái)U(kuò)展能力。常見的基于PLC的耐久試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案顯然不能滿足運(yùn)行過程中的速度、次數(shù)、電流及電壓的監(jiān)控及可擴(kuò)展能力的要求?；?a href='http://wenjunhu.com/v/tag/785/' target='_blank' class='arckwlink_none'>LABVIEW和交流伺服電機(jī)的試驗(yàn)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制策略，通過系統(tǒng)位置信號(hào)的采集，確定電機(jī)運(yùn)行方向與速度的改變，并對(duì)過程中的電壓電流等監(jiān)控，為系統(tǒng)試驗(yàn)的智能監(jiān)控和分析提供科學(xué)依據(jù)。

　　解決方案： 基于NI USB-6251的模擬量采集模塊，利用LABVIEW的DAQ助手的Express技術(shù)，實(shí)時(shí)采集光電開關(guān)信號(hào)，并輸入到基于 LABVIEW的開發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行采集、比較及分析，通過基于Modbus協(xié)議二次開發(fā)的程序控制交流伺服電機(jī)以指定的速度和方向運(yùn)動(dòng)，并到達(dá)指定位置后及時(shí)返向運(yùn)動(dòng)及記數(shù)，其中針對(duì)實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的系統(tǒng)失效問題，增加的極限位置反轉(zhuǎn)保護(hù)方案也是本系統(tǒng)的一個(gè)創(chuàng)新。

　　1 引言

　　車輛各系統(tǒng)及零部件的疲勞耐久性能是評(píng)價(jià)汽車質(zhì)量的重要指標(biāo)。因此開發(fā)通用的耐久試驗(yàn)裝置對(duì)各零部件進(jìn)行測(cè)試是車輛開發(fā)過程中的極為重要的工作。本文以某款車型的換擋桿耐久試驗(yàn)臺(tái)的搭建為例，系統(tǒng)說明了光電開關(guān)作用原理、開關(guān)觸發(fā)信號(hào)采集、LABVIEW編制控制程序及通過LABVIEW的Modbus協(xié)議控制伺服電機(jī)技術(shù)等關(guān)鍵問題，并針對(duì)實(shí)際中可能出現(xiàn)的問題增加了優(yōu)化程序—極限位置反轉(zhuǎn)保護(hù)方案，避免了試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

　　2 系統(tǒng)開發(fā)背景

　　車輛的換擋桿試驗(yàn)臺(tái)用來考核換擋系統(tǒng)的耐久性能的專用設(shè)備，也是車輛零部件試驗(yàn)中重要的試驗(yàn)之一。如某款車型試驗(yàn)要求如下：換擋桿經(jīng)40萬次試驗(yàn)后，換擋桿各零部件無破裂，操作靈活且無卡滯現(xiàn)象；換擋桿力載荷60N，頻率要求0.5Hz。其中運(yùn)行次數(shù)、換擋力載荷及運(yùn)行頻率均要求實(shí)時(shí)可變。圖 1為最終搭建的換擋桿耐久試驗(yàn)臺(tái)。其中重塊作為負(fù)載，伺服電 機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，通過與轉(zhuǎn)盤連接的拉桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換擋桿動(dòng)作，換擋桿的兩個(gè)極限位置分別通過兩個(gè)鐵片和一個(gè)光點(diǎn)開關(guān)確定，并傳輸?shù)経SB-6251中，由于伺服電機(jī)與轉(zhuǎn)盤的傳動(dòng)比為10，則電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為33rpm，滿足試驗(yàn)要求。