CN105300677A - 汽车电动坐盆综合性能测试台 - Google Patents
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Abstract
一种汽车电动坐盆综合性能测试台，由固定被测件并控制被测件动作的夹持机架，采集、分析信号的上位机和进行动作控制的电气机柜组成，其中，夹持机架与电气机柜通过IO和通信电缆电连接，电气机柜连接上位机，所述上位机设置有显示器，所述夹持机架包括有框架，所述框架顶部设置有垂直上下起降的加载部件，框架两侧对应固连有固定被测件的夹紧气缸、声音检测装置，振动检测装置，电流和纹波记忆功能检测装置，霍尔记忆检测装置。工业传声器检测声音、加速度传感器检测振动、电流变送器检测电流和纹波记忆功能，比较电路和计数器检测霍尔记忆功能。本装置设有专门的静音室，功能全面且成本相对较低，具有很好的市场价值。
Description
技术领域
本发明属于汽车制造领域，特别涉及汽车电动坐盆综合性能测试台。
背景技术
在汽车部件性能检测领域，现有的检测方案一般为利用电流变送器检测电机电流、比较器电路加计数器电路检测霍尔记忆功能，也就是说不检测振动和噪声，目前欧洲有一些公司检测振动和噪声，并有相关的软硬件出售到国内。
电流检测和霍尔记忆检测已经通用，不再赘述。
现有的技术中，德国的DriveTest公司的测试平台采用传感器接触被测部件主框架，由部件电机带动部件运动，传感器将振动信号转换成声音信号进入系统，系统对数据进行分析处理，即只处理了转换出来的声音信号。还有佛吉亚欧洲公司投资研发的测试软件，主要测试振动信号，然后利用软件分析振动信号并将振动信号模拟成为声音信号，也就是说这种方式并没有真正采集到声音信号。
DriveTest公司的设备由于只注重了声音的检测，因此，只适用于车中不接触人体的电机驱动部件，如天窗等，无法检测与人体密切接触的部件如座椅等，适用范围太窄，适用面不足，而且其设备需要配备高质量的耳麦，常常在检测时由操作者戴上耳麦，靠耳朵去听传感器传来的声音并参与结果判断，这个检测方式取决于检测者的经验和主观意识，并且DriveTest的设备成本非常高，单台在200万元，该公司成本高的原因在于他们掌握的技术，国内也有公司仿制过，效果不是很理想；佛吉亚的测试系统则正相反，测试了振动，但是其声音信号是从振动信号推算出来的，这实际上并不是真的声音信号，容易造成判断的不准确，声音对于耳朵和振动对于人体是两个不同的系统，其影响也不同。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种汽车电动坐盆综合性能测试台，主要利用工业传声器检测声音、利用加速度传感器检测振动、利用电流变送器检测电流和纹波记忆功能，利用比较电路和计数器检测霍尔记忆功能。为了检测声音信号且不被环境噪音所影响，本装置需放置在专门的静音室中。本设备的总计成本为50万元左右，远低于DriveTest公司的产品，且能够检测振动、声音、电流、记忆功能参数，性能明显优于现有佛吉亚的软件。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种汽车电动坐盆综合性能测试台，由固定被测件并控制被测件动作的夹持机架，采集、分析信号的上位机和进行动作控制的电气机柜组成，其中，夹持机架与电气机柜通过IO和通信电缆电连接，电气机柜连接上位机，所述上位机设置有显示器，所述夹持机架包括有框架，所述框架顶部设置有垂直上下起降的加载部件，框架两侧对应固连有固定被测件的夹紧气缸、框架上还设置有声音检测装置，振动检测装置，电流和纹波记忆功能检测装置，霍尔记忆检测装置。
进一步的，所述夹持机架由两个长方体框架相叠，上部框架宽度较短，上部框架与下部框架共用一侧面的两个立柱，上部框架和下部框架连接面铺设有底板，底板上设置滑轨，滑轨上滑动设置有被测件固定板，夹紧气缸一端与底板铰接，另一端通过其上的夹头固定被测件。
进一步的，所述框架的直角连接采用加固件加固。
进一步的，所述夹持机架设置于具有静音减震效果的静音室内。
进一步的，所述声音检测装置采用工业传声器，放置在运动件旁边。
进一步的，所述振动检测装置采用加速度传感器，在滑轨下，紧贴滑轨。
进一步的，所述电流和纹波记忆功能检测装置采用电流变送器，与电机相接。
进一步的，所述霍尔记忆检测装置采用比较电路和计数器，比较器电路将电机内霍尔传感器发射的电压进行区分，便于计数器计数。
进一步的，所述数据采集系统首先通过加速度传感器LC01和电流传感器对电动座盆在做预定动作时座盆滑轨振动和电机电流信号进行采集，采集的信号经程控滤波器CM3504进行初步信号滤波。采集的信号经过滤波器传送到信号采集卡PCI4472和PCI6221中，应用LabVIEW虚拟仪器软件读取信号采集卡的信号进行进一步的滤波和信号处理，最初得到与系统设计要求相符的处理结果。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
采用静音室隔离外界噪声，使测试的声音更真实。
本发明振动测试方法降低了外界环境对振动、噪声测试的影响。
本发明的所有检测参数均可设置为可选参数，即由有权限的工程师根据所生产的产品的特点选择哪些参数需要检测，哪些参数不需要检测，这样可以适应绝大部分汽车电驱动零部件。
由于不同的汽车零部件机械结构不同，所以装夹方式也会不同，因此本系统由两部分组成即机械结构动作控制部分和检测系统部分，机械结构动作控制部分主要用于装夹动作控制，不具有通用性。但是可以利用软件设置动作顺序，从而使软件可以适应不同类型的电驱动零部件。检测系统部分由于检测的项目具有通用性，所以这部分软件具有通用性。即本系统是准平台化设备。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为坐盆骨架及夹持机架。
图3为振动测试硬件连接图。
图4为模拟多路转换公用A/D对应pci6221向工控机信号转换示意图。
图5为单独A/D、数字多路转换对应动态数据转换示意图。
图6为电流传感器与电机连接。
图7为电流传感器与PCI-6221连接。
图8为夹紧气缸结构示意图。
图9为振动传感器气缸结构示意图。
其中，1-夹持机架，2-夹紧气缸，3-被测件，31-声音检测装置，32-振动检测装置，33-电流和纹波记忆功能检测装置，34-霍尔记忆检测装置，4-IO和通信电缆，5-静音室，6-上位机，7-电气机柜，8-加载系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
如图1-2所示，一种汽车电动坐盆综合性能测试台，由固定被测件3并控制被测件动作的夹持机架1，采集、分析信号的上位机6和进行动作控制的电气机柜7组成，其中，夹持机架1与电气机柜7通过IO和通信电缆4电连接，电气机柜7连接上位机6，所述上位机6设置有显示器，所述夹持机架1包括有框架，所述框架顶部设置有垂直上下起降的加载部件8，框架两侧对应固连有固定被测件的夹紧气缸2、框架上还设置有声音检测装置31，振动检测装置32，电流和纹波记忆功能检测装置33，霍尔记忆检测装置34。
进一步的，所述夹持机架1由两个长方体框架相叠，上部框架宽度较短，上部框架与下部框架共用一侧面的两个立柱，上部框架和下部框架连接面铺设有底板，底板上设置滑轨，滑轨上滑动设置有被测件固定板，夹紧气缸2一端与底板铰接，另一端通过其上的夹头固定被测件3。
进一步的，所述框架的直角连接采用加固件加固。
进一步的，所述夹持机架1设置于具有静音减震效果的静音室5内。
进一步的，所述声音检测装置31采用工业传声器，放置在运动件旁边。
进一步的，所述振动检测装置32采用加速度传感器，在滑轨下，紧贴滑轨。
进一步的，所述电流和纹波记忆功能检测装置33采用电流变送器，与电机相接。
进一步的，所述霍尔记忆检测装置34采用比较器电路和计数器，比较器电路将电机内霍尔传感器发射的电压进行区分，便于计数器计数。
进一步的，所述数据采集系统首先通过加速度传感器LC01和电流传感器对电动座盆在做预定动作时座盆滑轨振动和电机电流信号进行采集，采集的信号经程控滤波器CM3504进行初步信号滤波。采集的信号经过滤波器传送到信号采集卡PCI4472和PCI6221中，应用LabVIEW虚拟仪器软件读取信号采集卡的信号进行进一步的滤波和信号处理，最初得到与系统设计要求相符的处理结果。
该检测平台的整体结构由三部分组成：
一、固定电驱动部件并控制部件动作的机械结构和电气控制系统；
二、采集、分析信号的上位机。
三、进行动作控制的电气机柜。
检测装置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电驱动部件的夹具，夹具在气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，电驱动部件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外的控制柜负责。
由于汽车电驱动部件有各种不同的机械机构，为了使设备尽量具有通用性，我们将检测系统与IO动作控制系统分开设计，使检测系统具备一定的独立性，IO控制系统和装夹电驱动部件的机械结构则根据不同类型的电驱动部件有所不同。IO动作由PLC或微机内的IO卡控制，在需要检测时向检测系统软件发送检测开始命令，在检测结束时放开机械部件。这样做到了检测系统的通用性和装夹系统的灵活性。
检测具体操作过程如下：
操作员将电驱动部件放上机架→按双手启动按钮→夹具动作、系统原位→关闭静音室→电驱动部件动作→数据采集→数据分析处理→结果图形显示。
第一步：换型之后旋转复位钥匙钮，平台将换方向；起作用的传感器为平台方向识别传感器(M12的接近开关)；
第二步：将被测件放入夹具中，启动按钮站的绿色指示灯亮；利用设置的工件到位检测传感器(接近开关)检测工件是否到位；
第三步：双手启动，夹具夹紧，启动按钮站上的绿色指示灯灭；起作用的传感器为气缸的到位传感器；
第四步：安全锁气缸缩回，如有负载则负载升降气缸下降，负载落到被测件上；起作用的传感器为重物升降气缸的到位传感器和安全锁气缸原位传感器；
注：安全锁气缸的位置在重物升降气缸的后下侧；
第五步：加速度传感器气缸伸出；起作用的传感器为加速度传感器气缸的到位传感器；
第六步：检测开始，此时软件权限交给参数测试软件，测试振动、噪声、电流、记忆功能；在此期间，起作用的传感器为三个电流传感器、四个加速度传感器、两个传声器、两个激光测距传感器、一个角度传感器；
第七步：检测结束，存储数据，加速度传感器气缸缩回，此时软件权限交回运动控制软件；此时起作用的传感器为加速度传感器气缸原位传感器；
第八步：电机走到交付位置；此时起作用的传感器为设备上的三组对射光电传感器，传感器的信号均为低电平时，证明电机已经走到交付位置；
第九步：如有负载，则负载回原位，否则一个流程结束。
研究的装置对电驱动零部件的综合性能质量检测，对于保证出厂产品的质量起到关键作用，检测参数满足检测要求。
1、满足振动和声音测试要求，利用加速度传感器和传声器实现对运行中的电机驱动部件发出的振动和声音进行检测，采用峭度、RMS、LEQ、边界测试等参数或方式方法对部件进行检测判定，装置自动化程度高，完全满足部件性能检测的需要。
2、满足电流检测和记忆功能检测要求，利用电流传感器检测直流电机电流精度达到了0-10A(±0.1A)。并采用比较器电路、纹波计数等电路和算法检测电驱动部件的记忆功能，检测结果满足要求。
3、该产品设计先进，结构合理，可以替代进口先进设备，且价格低廉。与引进进口设备相比，引进该设备为企业节省了大量设备资金。
4、使用半年来，基本无故障。到现在为止，使用该装置为企业创造了可观的经济效益。
检测装置的电气系统设计：
本系统的硬件部分包括PCI-4472，PCI-6221，MPA201，LC01，CM3504等。工作过程为座盆的振动信号由压电式加速度传感器LC0119采集，采集后的信号传给CM3504四通道程控滤波调理卡进行滤波，滤波后的信号由PCI-4472转化为数字信号,传给计算机。MPA201为麦克风，用于采集检测过程中产生的噪音。检测结果的显示是将测试数据以曲线的形式显示出来，因为测试是采用计算机控制的自动测试系统，因检测信号数量多，并且是不间断的实时监测，所以检测数据需要相关的管理，数据管理包括数据的分类，存储，回放，以及数据安全等。系统的振动测试硬件连接原理图如图3所示。其中，霍尔传感检测的脉冲信号对应IO信号，纹波对应电流传感器。
本发明采用虚拟分析软件对振动信号进行分析与处理，在振动信号被采集到虚拟仪器之前要对信号进行预处理。振动信号经传感器后采集到的是模拟信号，经过程控滤波器和放大器处理后模拟信号得到滤波和放大，但这种信号是不能被计算机处理的。为使振动信号和电流信号等模拟量能够被计算机处理，我们需要采用数据采集卡。数据采集卡的主要任务之一是完成A/D转换，它在整个现代化检测中起着承前启后的关键作用。一般常用的采集卡分单通道和多通道采集两类，多通道采集卡的组成结构如图4、图5所示。其中，图4模拟多路转换公用A/D对应pci6221向工控机的箭头；单独A/D、数字多路转换对应动态数据箭头；
在检测过程中，经常需要同时对多个信号进行数据采集，这可以由多通道数据采集卡来实现。多通道数据采集卡通常有两种方式：
①用模/数(A/D)转换器的模拟多路转换(AMUX)，如图4所示；
②各通道独立采用模/数(A/D)转换器的数字多路转换(DMUX)，如图5所示。
这两种方式各有其优缺点：采用共用A/D转换器的优点是通道成本低，结构简单。其缺点是各通道间有时间差，由于只应用了一个模数转换器，转换效率低，故采样频率低一些；当各通道分别采用独立的模数转换器时，由于多个转换器同时进行模数转换，转换效率高，采样频率高，各通道同时进行转换，消除了各通道转换所需要的时间差，但成本较高。
系统选用NIPCI-4472动态信号采集卡用于振动信号的采集。该数据采集卡是一款从事高精度频域测量的采集卡，输入通道集成了压电式(IEPE)信号调理功能，可用于加速度传感器和声音信号采集，NIPCI-4472可将多路输入信号在8个输入通道上同时进行数字化。当需要采集的信号高于8路时，该板卡可以实现PCI-4472板卡之间的同步。4472板卡与LabVIEW声音及振动工具包或其他软件分析工具共同使用时，可进行各种时间和频率的准确测量。
电流检测电路设计：
至于电流的测量则选用NIPCI-6221板卡实现。
电流传感器的连接如图6所示，以水平电机为例，通过继电器实现水平电机的正反转，电流传感器串接在电路中，电流传感器与PCI-6221卡的连接如图6所示。
图7为电流传感器与PCI-6221连接；
电流传感器的作用是测量工作时直流电机的电流，并防止因电流过大而导致直流电机损坏。经电流传感器测得的电流传给PCI-6221卡进行采集，然后在计算机中显示。
可编程序逻辑控制器主要是为现场控制而设计，其人机界面主要是开关、按钮、指示灯等。不仅具有良好的适应性，其可扩展能力也得到越来越广泛的应用。采用PLC的控制系统或装置具有可靠性高、易于控制、系统设计灵活、能模拟现场调试、良好的抗干扰能力等特点。但PLC也有不易显示各种曲线，图表和汉字等缺点，并且无用户界面，不易监控。所以，本系统的设计采用PLC作为下位机，执行有效可靠的分散控制，选用可提供良好人机界面的计算机作为上位机进行系统的监控和管理，这样既能保证系统性能，又能使系统操作简便，便于检测过程的有效监督。
PLC与工控机通过Profibus总线进行连接，实现PLC与工控机上下位机点对点的通信。
夹紧气缸结构如图8所示，由一固定于框架的角铁连接一可转动伸缩的气缸装置，气缸装置伸缩端铰接一夹持件。
振动传感器气缸结构如图9所示，其固定于底板内，传感器段竖直向上与滑轨平齐，滑动件通过时由传感器进行数据采集。
表1检测部件信息
| 序号 | 操作者 | 总件数 | 版本号 | 时间 |
| 5263 | 858 | 696 | 1 | 14:46:31 |
| 5264 | 858 | 697 | 1 | 14:48:29 |
| 5265 | 858 | 698 | 1 | 14:49:32 |
| 5266 | 858 | 699 | 1 | 14:50:16 |
| 5267 | 858 | 700 | 1 | 14:50:57 |
| 5268 | 858 | 701 | 1 | 14:51:40 |
| 5269 | 858 | 702 | 1 | 14:52:47 |
| 5270 | 858 | 702 | 1 | 14:53:04 |
| 5271 | 858 | 703 | 1 | 14:53:27 |
| 5272 | 858 | 703 | 1 | 14:54:02 |
| 5273 | 858 | 704 | 1 | 14:54:13 |
| 5274 | 858 | 704 | 1 | 14:54:53 |
| 5275 | 858 | 705 | 1 | 14:54:55 |
| 5276 | 858 | 706 | 1 | 14:55:40 |
| 5277 | 858 | 706 | 1 | 14:55:45 |
| 5278 | 858 | 707 | 1 | 14:56:19 |
| 5279 | 858 | 707 | 1 | 14:56:34 |
| 5280 | 858 | 708 | 1 | 14:57:00 |
| 5281 | 858 | 708 | 1 | 14:57:26 |
| 5282 | 858 | 709 | 1 | 14:57:43 |
| 5283 | 858 | 709 | 1 | 14:58:15 |
| 5284 | 858 | 710 | 1 | 14:58:24 |
| 5285 | 858 | 711 | 1 | 14:59:03 |
| 5286 | 858 | 711 | 1 | 14:59:06 |
| 5287 | 858 | 712 | 1 | 14:59:42 |
| 5288 | 858 | 712 | 1 | 14:59:56 |
| 5289 | 858 | 713 | 1 | 15:01:02 |
| 5290 | 858 | 714 | 1 | 15:01:49 |
| 5291 | 858 | 714 | 1 | 15:01:54 |
| 5292 | 858 | 715 | 1 | 15:02:29 |
| 5293 | 858 | 715 | 1 | 15:02:48 |
| 5294 | 858 | 716 | 1 | 15:03:10 |
| 5295 | 858 | 716 | 1 | 15:03:42 |
| 5296 | 858 | 717 | 1 | 15:03:54 |
| 5297 | 858 | 718 | 1 | 15:04:32 |
| 5298 | 858 | 718 | 1 | 15:04:39 |
| 5299 | 858 | 719 | 1 | 15:06:44 |
| 5300 | 858 | 719 | 1 | 15:07:23 |
| 5301 | 858 | 720 | 1 | 15:07:25 |
表2电流检测数据
表3振动检测数据
表4噪声测试数据
边界测试中，0表示边界测试通过，1表示正转边界测试不合格，2表示反转边界测试不合格。
上述数据是在工厂正常工作环境下，在装配线上对轿车座椅骨架进行检测时的数据。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种汽车电动坐盆综合性能测试台，其特征在于，由固定被测件并控制被测件动作的夹持机架，采集、分析信号的上位机和进行动作控制的电气机柜组成，其中，夹持机架与电气机柜通过IO和通信电缆电连接，电气机柜连接上位机，所述上位机设置有显示器，所述夹持机架包括有框架，所述框架顶部设置有垂直上下起降的加载部件，框架两侧对应固连有固定被测件的夹紧气缸、框架上还设置有声音检测装置，振动检测装置，电流和纹波记忆功能检测装置，霍尔记忆检测装置。
2.根据权利要求1所述的测试台，其特征在于，所述夹持机架由两个长方体框架相叠，上部框架宽度较短，上部框架与下部框架共用一侧面的两个立柱，上部框架和下部框架连接面铺设有底板，底板上设置滑轨，滑轨上滑动设置有被测件固定板，夹紧气缸一端与底板铰接，另一端通过其上的夹头固定被测件。
3.根据权利要求2所述的测试台，其特征在于，所述框架的直角连接采用加固件加固。
4.根据权利要求1所述的测试台，其特征在于，所述夹持机架设置于具有静音减震效果的静音室内。
5.根据权利要求1所述的测试台，其特征在于，所述声音检测装置采用工业传声器，放置在运动件旁边。
6.根据权利要求1所述的测试台，其特征在于，所述振动检测装置采用加速度传感器，在滑轨下，紧贴滑轨。
7.根据权利要求1所述的测试台，其特征在于，所述电流和纹波记忆功能检测装置采用电流变送器，与电机相接。
8.根据权利要求1所述的测试台，其特征在于，所述霍尔记忆检测装置采用比较电路和计数器，比较器电路将电机内霍尔传感器发射的电压进行区分，便于计数器计数。
9.根据权利要求1所述的测试台，其特征在于，数据采集系统首先通过加速度传感器LC01和电流传感器对电动座盆在做预定动作时座盆滑轨振动和电机电流信号进行采集，采集的信号经程控滤波器CM3504进行初步信号滤波，采集的信号经过滤波器传送到信号采集卡PCI4472和PCI6221中，应用LabVIEW虚拟仪器软件读取信号采集卡的信号进行进一步的滤波和信号处理，最初得到与系统设计要求相符的处理结果。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160203 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |