張志偉，李建鋒

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

基于LabVIEW的AMT下線檢測試驗(yàn)系統(tǒng)

張志偉，李建鋒

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

設(shè)計(jì)開發(fā)了基于LabVIEW的AMT下線檢測試驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了由LabVIEW和USBCAN組成的上位機(jī)系統(tǒng)，通過CAN總線對AMT和試驗(yàn)臺架的控制，并實(shí)時(shí)監(jiān)測AMT和試驗(yàn)臺的運(yùn)行狀況。試驗(yàn)表明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，為重型AMT批量生產(chǎn)提供了一個(gè)操作簡單、實(shí)用的平臺。

LabVIEW；AMT；下線檢測；CAN總線

LabVIEW是由美國國家儀器公司（NATIONAL INSTUMENTS,簡稱NI）提供的虛擬儀器開發(fā)平臺，是計(jì)算機(jī)處理分析系統(tǒng)軟件之一。LabVIEW盡可能利用了工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，當(dāng)使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，生動(dòng)有趣，同時(shí)可大大提高工作效率。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT(Automated Mechanical Transmission)，是在原固定軸式機(jī)械變速器的基礎(chǔ)上加裝電控系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過對發(fā)動(dòng)機(jī)噴油、離合器、變速箱的控制，實(shí)現(xiàn)起步、選換擋的自動(dòng)化。AMT既可自動(dòng)變速，又具有機(jī)械變速器效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、容易制造的優(yōu)點(diǎn)。在幾種自動(dòng)變速器中，其性價(jià)比最高，因此在中低擋轎車、城市客車、軍用車輛、載貨車等方面應(yīng)用前景較為廣闊。近年來中國市場對AMT的需求量逐步增大。AMT的下線檢測是批量供貨保證系統(tǒng)質(zhì)量很重要的一環(huán)。本文利用LabVIEW系統(tǒng)直觀友好的人機(jī)交互界面，強(qiáng)大的編程能力，結(jié)合TCU開發(fā)了AMT的下線檢測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

下線檢測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)系統(tǒng)組成。其中上位機(jī)系統(tǒng)包括PC機(jī)和ZLG-USBCAN。下位機(jī)系統(tǒng)包括TCU和試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)。上下位機(jī)通過CAN總線實(shí)現(xiàn)通訊。

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，具有以下特點(diǎn)：

1）采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作；

2）數(shù)據(jù)采用短幀格式，每幀最多包含8個(gè)字?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性；

3）采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)；

4）采用了CRC檢驗(yàn)并提供錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通訊的可靠性；

5）直線通訊距離可達(dá)10 m，最高通訊速率可達(dá)1Mb·s-1，節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)；

6）節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能。

CAN總線的這些特點(diǎn)使其在工業(yè)控制和測試等方面有很好的應(yīng)用。其中它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的。在AMT下線檢測測試系統(tǒng)中，CAN總線完全滿足測試系統(tǒng)的需要，同時(shí)TCU采用的也是CAN總線通訊，因此CAN總線是本測試系統(tǒng)通訊的最佳選擇。筆者采用周立功的USBCAN來進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。USBCAN通過USB和上位機(jī)中的LabVIEW系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

TCU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。TCU采集離合器位置、選擋位置、換擋位置、副箱換擋位置、輸入軸轉(zhuǎn)速和輸出軸轉(zhuǎn)速等信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后對離合器電磁閥組、選擋電磁閥組、換擋電磁閥組和制動(dòng)器等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)換擋。在AMT下線測試中，TCU通過CAN總線接收來自LabVIEW上位機(jī)系統(tǒng)的換擋指令進(jìn)行換擋，并將AMT的狀態(tài)和測試結(jié)果實(shí)時(shí)通過CAN反饋給上位機(jī)。

試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。它采集相關(guān)信號，并對電機(jī)系統(tǒng)、泵油系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)和夾緊機(jī)構(gòu)等進(jìn)行控制。同時(shí)也接受來自上位機(jī)的CAN命令控制，并與其交換數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 CAN通訊實(shí)現(xiàn)

LabVIEW測試系統(tǒng)的CAN通訊是基于周立功USBCAN實(shí)現(xiàn)的。周立功USBCAN專門提供了應(yīng)用程序接口Virtual CAN Interface(VCI)函數(shù)庫。庫里的函數(shù)從ControlCAN.dll中導(dǎo)出，LabVIEW中可直接使用這些庫函數(shù)。VCI函數(shù)的使用流程如圖4所示。

使用VCI函數(shù)庫需要定義簇和調(diào)用VCI函數(shù)。簇就是一個(gè)由若干不同的數(shù)據(jù)類型的成員組成的集合體。參照圖 5在 LabVIEW8.6中創(chuàng)建VCI_INIT_CONFIG結(jié)構(gòu)。其余簇的定義可參照VCI_INIT_CONFIG定義。

參照圖6在LabVIEW8.6中調(diào)用VCI_InitCAN函數(shù)。其余函數(shù)的調(diào)用可參照VCI_InitCAN調(diào)用。

CAN通訊模塊的部分程序框圖如圖7所示。該模塊共使用3個(gè)While循環(huán)。第1個(gè)循環(huán)用于打開CAN設(shè)備，如果設(shè)備打開，則停止該循環(huán)。其余2個(gè)循環(huán)分別實(shí)現(xiàn)CAN報(bào)文的接受和發(fā)送。這3個(gè)循環(huán)是并行運(yùn)行的。

2.2 試驗(yàn)臺控制

LabVIEW通過CAN命令序列完成對試驗(yàn)臺架和AMT的控制，同時(shí)接受由試驗(yàn)臺控制器和TCU反饋回來的狀態(tài)及故障信息。通訊的速率定為250 kb·s-1。

源地址分配見表1。CAN報(bào)文定義見表2。

表1 源地址

限于篇幅，下面只介紹換擋命令序列指令。

1～5字節(jié)定義參照表3中字節(jié)0的定義。這樣0～5字節(jié)就可定義12擋變速箱的換擋命令。1個(gè)字節(jié)的每2位表示1個(gè)擋位，每2個(gè)擋位之間有1個(gè)空擋，以便隨時(shí)設(shè)置變速器掛入換入空擋。如果不打算換入該擋位，只需將該值置為“00”即可。

表3 換擋命令序列字節(jié)0定義

6字節(jié)保留。7字節(jié)定義為命令序列說明，具體見表4。第0，1位表示需要循環(huán)的次數(shù)。01～11表示可循環(huán)執(zhí)行1～3次，00表示不執(zhí)行。第2，3位表示換擋序列的執(zhí)行方式。

表4 換擋命令序列字節(jié)7定義

操作人員編寫換擋序列命令，發(fā)送給TCU。 TCU將檢查該命令序列并進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)完之后，將返回一個(gè)信息，表示命令序列可以執(zhí)行。這時(shí)操作人員可點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕。TCU開始執(zhí)行該命令序列。試驗(yàn)過程中，TCU將會把測試進(jìn)程按照約定發(fā)送給上位機(jī)。如TCU發(fā)現(xiàn)故障，也會把故障碼發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)行顯示。上位機(jī)可以控制啟動(dòng)和停止試驗(yàn)臺，同時(shí)試驗(yàn)臺會把試驗(yàn)臺的狀態(tài)和故障信息發(fā)送給上位機(jī)。

2.3 界面顯示

基于LabVIEW的AMT下線測試界面如圖8所示，主要分為5個(gè)部分，分別是AMT狀態(tài)、試驗(yàn)狀態(tài)、故障碼顯示和查詢、轉(zhuǎn)速監(jiān)測和操作面板。

AMT狀態(tài)界面，顯示變速器的狀態(tài)。試驗(yàn)狀態(tài)界面，顯示下線測試狀態(tài)。如有故障，故障指示燈會紅燈顯示。如設(shè)備燈顯示為綠色，表示設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，開始和結(jié)束燈為綠色時(shí)，分別表示下線測試已經(jīng)正常開始和結(jié)束。當(dāng)AMT系統(tǒng)、試驗(yàn)臺及上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，會有紅燈閃爍，并顯示相關(guān)故障碼。這時(shí)，操作者只需在故障碼查詢框中輸入故障碼，并點(diǎn)擊確定，系統(tǒng)就會在下方的條框中顯示該故障碼的相關(guān)信息和維修建議。轉(zhuǎn)速監(jiān)測界面直觀地告訴操作者變速器輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速。

操作者可通過操作面板中完成AMT下線測試。操作者先選擇變速器狀態(tài)，再輸入變速器編號，此時(shí)可開啟試驗(yàn)臺，當(dāng)試驗(yàn)狀態(tài)監(jiān)測界面中的設(shè)備指示燈為綠色的時(shí)候，就可以選擇換擋序列，然后點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，這時(shí)如果故障指示燈沒有變?yōu)榧t色，表示所設(shè)定換擋序列正常。點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，這時(shí)變速器開始測試。當(dāng)測試結(jié)束的時(shí)候，操作者可以點(diǎn)擊保存數(shù)據(jù)按鈕，數(shù)據(jù)就會按照既定格式保存在Excel表格中，以便于查詢該AMT的出廠狀態(tài)。

3 試驗(yàn)

測試流程如圖9所示。

該下線檢測系統(tǒng)在公司的12擋AMT的下線檢測中進(jìn)行了測試并應(yīng)用。

操作人員選擇變速器類型為12JZSD160，并輸入變速器的出場編號。設(shè)定了從1擋依次掛入12擋的換擋，最后回空擋的掛擋序列。

變速器順利通過測試。試驗(yàn)過程界面見圖10。

為了驗(yàn)證測試系統(tǒng)的故障檢測功能，操作者先后斷開了輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器和換擋電磁閥線束。測試系統(tǒng)均正確顯示故障碼。隨后操作者在故障碼查詢欄中，輸入了故障碼，并查詢，測試系統(tǒng)給出了該故障碼的故障信息和維修建議，如圖11所示。按照測試系統(tǒng)建議，操作者可順利找到故障并排除。

4 結(jié)論

1）LabVIEW有著簡潔的圖形化編程和快速的界面實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。在測試臺架的應(yīng)用程序開發(fā)時(shí)周期短、成本低；

2）在上位機(jī)利用LabVIEW編程，通過USBCAN，設(shè)計(jì)開發(fā)了重型AMT的下線測試系統(tǒng)；

3）上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，易于修改、擴(kuò)展和移植；

4）通過大量的試驗(yàn)和實(shí)際使用，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，為重型AMT批量生產(chǎn)提供了一個(gè)操作簡單，但實(shí)用的平臺。

［1］LabVIEW User Manual［Z］.National Instruments Corporation，2007.

［2］楊樂平，李海濤，楊磊.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.2版.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［3］王瑋釗，李占賢，張進(jìn)，李宗.LabVIEW的汽車變速器換擋性能測試系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代制造工程，2009（2）：137-139.

［4］張洪坤，李文君，秦貴和.CAN總線在電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003（31）：208-210.

［5］在LabVIEW下使用ZLGCAN接口函數(shù)庫［Z］.廣州：廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司，2005.

Test System of AMT End-of-line Based on LabVIEW

Zhang Zhiwei，Li Jianfeng
（Shaanxi Fast Gear Co.,Ltd.,Xi’an 710077,China）

The test system of AMT end-of-line based on LabVIEW was developed，which was made of LabVIEW system and USBCAN.AMT and test bench were controlled by CAN signals from test system.The running conditions of AMT and test bench were monitored by LabVIEW system during test.The experimental results show the test system works well and provides a useful platform for AMT volume production.

LabVIEW;AMT;end-of-line;CAN bus

U463.212+.31.07

A

1008-5483（2011）03-0034-05

2011-06-22

張志偉（1978-），男，山西保德人，碩士，主要從事汽車傳動(dòng)系統(tǒng)控制的研究。