摩托車磁電機在線微機檢測系統(tǒng)研討(doc 8頁).doc

摩托車磁電機在線微機檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā) 舒紅宇1 雷寶云2 岑伊萬1（1.重慶大學(xué)機械工程學(xué)院，重慶 400030；2.長安福特汽車有限公司，重慶 401122）摘要：針對目前我國磁電機產(chǎn)品在線檢測設(shè)備的落后現(xiàn)狀，采用現(xiàn)代微機檢測與控制技術(shù)開發(fā)了一種新型的摩托車磁電機在線微機檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用獨特的設(shè)計方法提高了檢測對象的裝夾速度和靈活方便性，采用特別的信號處理和算法顯著提高了摩托車磁電機點火提前角的數(shù)字化檢測精度。應(yīng)用結(jié)果表明，該檢測系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，檢測精度高，具有一定的實用性和推廣價值。關(guān)鍵詞：磁電機；點火系統(tǒng)；在線；檢測控制 中國分類號：TH873.7 文獻標(biāo)識碼：AThe Study and Development of On-line Test System for Motorcycle Magnet Generator with MicrocomputerShu Hongyu1, Lei Baoyun2, Cen yiwan1 (1.College of Mechanical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030,China; 2.Changan Ford Automobile Corporation Ltd, Chongqing 401122,China)Abstract: This paper develops a new type of on-line test system for motorcycle magnet generator with modern microcomputer measure and control technology. The facility and efficiency of operation has been improved due to the special design of mechanism. We increase the precision of ignition angle by using a special signal processing algorithms. The application shows that this system runs stably and accurately. The technology and methods adopted in the system are practical and worthy of using abroad. Keywords: magnet generator, ignition system, on-line test, measure and control0 引言磁電機1是摩托車中非常重要的部件，它不僅直接為發(fā)動機點火系統(tǒng)供給點火能量，而且也是摩_重慶市科委2004年度攻關(guān)項目資助（7786）作者簡介：舒紅宇(1963-)，男，重慶人，工學(xué)博士，主要從事車輛系統(tǒng)動力學(xué)、汽車電子控制技術(shù)等的研究。托車其它電器電子設(shè)備直接或間接的唯一電能來源，其質(zhì)量的好壞直接影響到摩托車的整體性能發(fā)揮和可靠性。長期以來，我國摩托車行業(yè)存在重生產(chǎn)輕測試的傾向，使得我國的磁電機產(chǎn)品在線檢測技術(shù)和設(shè)備非常落后，因此充分利用現(xiàn)代微機檢測與控制技術(shù)研究開發(fā)性能更好、使用更方便而成本更低的摩托車零部件在線檢測設(shè)備具有重要的、較普遍的意義。本文將通過摩托車磁電機產(chǎn)品性能的在線檢測技術(shù)和設(shè)備的研究開發(fā)，探討其具體實現(xiàn)的方法和途徑，以滿足和提高我國摩托車行業(yè)零部件質(zhì)量控制的要求和水平2 4。1 磁電機在線檢測系統(tǒng)的硬件組成與機械設(shè)計一個完整的在線測試系統(tǒng)首先應(yīng)該在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證其測試對象在真實的或模擬的工作環(huán)境下工作，然后才能利用各種測試儀器獲取檢測對象的真實信息并進行分析處理。本文開發(fā)的磁電機在線檢測系統(tǒng)硬件主要包括了兩大部分：機械模擬臺架和測試儀器硬件，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。機械模擬臺架仍然采用目前抽檢測試臺類似的結(jié)構(gòu)，即使用變頻器控制的調(diào)速電測試信號外部操作控制信號外部操作磁電機對象傳動系變頻調(diào)速電機變頻器傳感器信號調(diào)理電路串行通訊口A/D采集卡處理器顯示器存儲器鍵盤鼠標(biāo)圖1 測試系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)機驅(qū)動并模擬在發(fā)動機曲軸上磁電機的轉(zhuǎn)動，并設(shè)計專用的電路將磁電機產(chǎn)生的各種信號通過整流、濾波等進行調(diào)理后輸入到A/D數(shù)據(jù)采集卡，然后利用計算機實現(xiàn)磁電機信號的分析處理。但為適應(yīng)在線檢測的要求，本文在磁電機快速裝夾機構(gòu)設(shè)計方法上進行了探討，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。為滿足磁電機在線檢測的要求，其安裝和檢測應(yīng)該控制在25秒之內(nèi)，這樣利用一人操作的在生產(chǎn)線上對稱布置的兩臺檢測設(shè)備，才能保證在產(chǎn)量為6000臺/天的生產(chǎn)節(jié)拍，因此其檢測效率和裝夾時間的要求較為苛刻，而目前磁電機抽檢用的測試設(shè)備采用螺釘固定定子于底座和用螺母固定轉(zhuǎn)子在錐軸上的方法，不能達到要求。為此本文設(shè)計的結(jié)構(gòu)如圖2所示的快速裝夾機構(gòu)，只需在相應(yīng)的位置放下磁電機定子并轉(zhuǎn)動手柄將其固緊，然后放下磁電機轉(zhuǎn)子并蓋上箱蓋將其壓緊即可完成裝夾動作，熟練后只需35秒就可完成，同樣在拆卸時只需打開箱蓋，松開手柄就可將磁電機取出。而且簡單更換其中很少部件就能適應(yīng)不同產(chǎn)品的檢測，縮短在線檢測中產(chǎn)品切換時的準(zhǔn)備時間。另外在硬件設(shè)計上還解決了因轉(zhuǎn)速高而引起的高頻振動噪聲、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和耐久性、制造成本等問題。1234678910125111. 盒體 2. 轉(zhuǎn)子 3. 定子 4. 通用底座 5. 專用底座 6. 驅(qū)動軸 7. 固緊螺桿8. 固緊螺母 9. 拉緊銷 10. 錐套 11. 固緊手柄 12. 彈簧壓緊機構(gòu)圖2 磁電機測試機械臺架裝夾機構(gòu)2 檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計磁電機及其組成的點火系統(tǒng)的信號檢測和快速處理是本在線檢測系統(tǒng)的另一重要方面，本文基于Windows操作系統(tǒng)平臺，使用Visual C+6.0開發(fā)工具和面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計和開發(fā)了磁電機在線檢測的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了更高的點火提前角的數(shù)字化檢測精度、更好的用戶界面、更豐富的功能和可擴展性、可重用性、可維護性，并具有聲音提示報警和統(tǒng)計分析等功能。2.1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)和方法的應(yīng)用本文采用現(xiàn)代面向?qū)ο? (Object-Oriented，簡稱OO)技術(shù)的思想和方法，對磁電機在線檢測的軟件系統(tǒng)進行了設(shè)計和開發(fā)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的觀點基于一種直觀的思維方式，以一種自然的方法描述客觀世界，把客觀世界的事物看成一個個不同的對象，每一個對象都有自己的屬性和方法，對象之間采用消息等機制進行通信。其基本的特征有數(shù)據(jù)抽象、封裝、繼承、多態(tài)及消息通信等，比之面向過程的方法在開發(fā)效率、代碼的可重用性、軟件的可擴展性和可維護性等方面具有明顯的優(yōu)點。CMagObject測試對象數(shù)據(jù)類812PGComm CMagFuncCFre500CWaveMonitor CSerialCommCWaveDeviceA/D板卡接口類數(shù)據(jù)處理類變頻器控制類串口通信類波形顯示類音頻操作類對象名稱 說明 圖3 磁電機在線檢測系統(tǒng)軟件的主要封裝類本文設(shè)計的磁電機在線檢測系統(tǒng)的對象如圖3所示，圖中的對象包括了系統(tǒng)的測試、處理、控制、結(jié)果的表達與存儲等過程，分別使用動態(tài)鏈接庫、COM組件、C+中的類和模板等形式進行代碼的封裝。在這些對象的具體實現(xiàn)中，如串行通信和聲音提示等，大部分都直接使用了底層的Windows API函數(shù)，與其他使用第三方控件和接口實現(xiàn)的方式相比，使用更靈活、功能更強大、運行效率更高。2.2 檢測系統(tǒng)軟件架構(gòu)方法本文充分采用了MFC的 Document/View軟件架構(gòu)思想，利用由CDocument派生的CMagObject表達和封裝測試對象的數(shù)據(jù)內(nèi)容，用CView派生的CWaveMonitor表達和封裝測試對象的多種外觀和視覺側(cè)面，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與表達分開，使程序結(jié)構(gòu)更清晰，開發(fā)效率更高。外部操作存儲器CWaveMonitor音箱顯示器CWaveDeviceCSerialCommCFre500812PGCommCMagFuncCMagObject生成測試文件圖4對象間的通信和連接關(guān)系在VC中Document/View結(jié)構(gòu)主要有兩種實現(xiàn)方式：SDI（Single Document Interface，單文檔界面） 和MDI（Multiple Documents Interface，多文檔界面），VC的Application Framework會根據(jù)用戶選擇自動產(chǎn)生代碼框架，使用非常方便。其中SDI只支持一種文檔結(jié)構(gòu)，一個SDI程序一次只能處理一個文檔對象；MDI接口可支持多種文檔，并可同時處理多個文檔對象。本文采用了MDI結(jié)構(gòu)，以便今后測試對象的擴展。具體對象間的通信和連接關(guān)系如圖4所示。檢測系統(tǒng)軟件界面如圖5所示。2.3 磁電機在線檢測系統(tǒng)的點火提前角測試算法6為保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性、穩(wěn)定性以及滿足在線檢測的效率要求，本文對點火提前角、充電電壓、電流等檢測的算法上進行了改進和探討，以點火提前角的檢測算法的探討為例說明如下：檢測采樣到點火原始信號波形如圖6所示，其中x0，x2位置處的負脈沖表示磁電機轉(zhuǎn)動位置信號，而x1表示點火時刻位置。理論上，點火提前角可用下式計算得到： 其中為固定的修正值。但由于最高采樣頻率受到AD卡的限制以及轉(zhuǎn)速波動、噪聲的影響，實際中x0，x1， x2位置很難精確確定，因而點火提前角的檢測存在誤差并且不同的信號周期具有波動，為此，本文提出了曲線擬合搜索法。如圖6所示，首先根據(jù)原始信號的特征構(gòu)造一條擬合的規(guī)則的曲線去逼近原始信號，然后將x0，x1和x2的搜索確定轉(zhuǎn)變成對y0，y1和y2的確定。而規(guī)則曲線的構(gòu)造方法如下：根據(jù)原始信號特征構(gòu)造轉(zhuǎn)位方波和點火脈沖三角波，然后在一定的范圍內(nèi)橫向移動方波和三角波的位置，同時對方波和三角波的寬度進行拉伸和壓縮，將每改變一步得到的擬合曲線與原始信號進行卷積并將得到的結(jié)果記錄下來進行比較，其中最小值所對應(yīng)的曲線就是最佳擬合曲線。x0x1x2y0y1y2圖6 測量點火提前角的信號點火脈沖信號實踐證明，使用該方法能夠顯著提高點火提前角的檢測精度和穩(wěn)定性。另外本文對具體的算法進行了優(yōu)化，將算法的運行時間控制在一個比較理想的范圍內(nèi)，保證了算法的效率。3 結(jié)論本文將開發(fā)的摩托車磁電機在線微機檢測系統(tǒng)產(chǎn)品（整體外觀如圖7所示）的測試結(jié)果與進口的磁電機檢測設(shè)備上的測試結(jié)果進行了比較，得到各個檢測項目中最大的誤差在4以內(nèi)，同時運行穩(wěn)定可靠，使用方便，測試效率高而成本大幅度降低，實現(xiàn)并達到了大批量磁電機生產(chǎn)的在線檢測的要求。目前該在線檢測系統(tǒng)已成功交付生產(chǎn)廠家使用并得到用戶好評，證明了其適用性和可靠性。開發(fā)過程中所提出的技術(shù)和方法可以在類似產(chǎn)品的在線檢測中推廣應(yīng)用。參考文獻：1 任立環(huán). 摩托車磁電機技術(shù)現(xiàn)狀和展望A. 小型內(nèi)燃機, 1999,28(6)：41-42.2 李捷輝.采用單片機實現(xiàn)摩托車磁電機性能的測試A，小型內(nèi)燃機，1999,28(6):23-273 趙德安，李金伴.磁電機性能智能測試臺的研制A，電氣傳動，1998年第3期:35-394 李旭輝,肖沙里，吳占民.磁電機實時測試系統(tǒng)B，自動化與儀表，2002年第4期:41-435 Chung, C. M.; Lee, M. C., Object-oriented pro