如何使用LABVIEW和交流伺服電機解決車輛換擋桿系統的失效問題

　　挑戰： 車輛換擋桿耐久試驗要求車輛換擋桿在指定負載條件，以一定速度在兩個確定工作位置間運行大量次數（如40萬次），并對運行中的速度、次數等參數監控，并希望預留對系統電流及電壓等參數的監控擴展能力。常見的基于PLC的耐久試驗臺設計方案顯然不能滿足運行過程中的速度、次數、電流及電壓的監控及可擴展能力的要求?；?a target='_blank' class='arckwlink_none'>LABVIEW和交流伺服電機的試驗系統采用閉環控制策略，通過系統位置信號的采集，確定電機運行方向與速度的改變，并對過程中的電壓電流等監控，為系統試驗的智能監控和分析提供科學依據。

　　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，實時采集光電開關信號，并輸入到基于 LABVIEW的開發系統中進行采集、比較及分析，通過基于Modbus協議二次開發的程序控制交流伺服電機以指定的速度和方向運動，并到達指定位置后及時返向運動及記數，其中針對實際運行中出現的系統失效問題，增加的極限位置反轉保護方案也是本系統的一個創新。

　　1 引言

　　車輛各系統及零部件的疲勞耐久性能是評價汽車質量的重要指標。因此開發通用的耐久試驗裝置對各零部件進行測試是車輛開發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臺的搭建為例，系統說明了光電開關作用原理、開關觸發信號采集、LABVIEW編制控制程序及通過LABVIEW的Modbus協議控制伺服電機技術等關鍵問題，并針對實際中可能出現的問題增加了優化程序—極限位置反轉保護方案，避免了試驗臺運行中可能出現的錯誤。

　　2 系統開發背景

　　車輛的換擋桿試驗臺用來考核換擋系統的耐久性能的專用設備，也是車輛零部件試驗中重要的試驗之一。如某款車型試驗要求如下：換擋桿經40萬次試驗后，換擋桿各零部件無破裂，操作靈活且無卡滯現象；換擋桿力載荷60N，頻率要求0.5Hz。其中運行次數、換擋力載荷及運行頻率均要求實時可變。圖 1為最終搭建的換擋桿耐久試驗臺。其中重塊作為負載，伺服電 機帶動轉盤旋轉，通過與轉盤連接的拉桿機構實現換擋桿動作，換擋桿的兩個極限位置分別通過兩個鐵片和一個光點開關確定，并傳輸到USB-6251中，由于伺服電機與轉盤的傳動比為10，則電機轉速設定為33rpm，滿足試驗要求。