基于LabVIEW的汽车雨刮器综合控制系统

应用领域：工业自动化

挑战: 解决对汽车雨刮器的功能测试(刮刷角度与刮刷频率)、耐久性能测试(刮刷150万次)以及对汽车挡风玻璃的淋水控制(包括喷水间隔与水量大小的调节)。

应用方案：使用Nationl Instruments公司的LabVIEW编程软件对数据进行采集、处理并对雨刮系统进行控制。

使用产品：Labview8.6软件开发

平台;NI PCI-7831R数据采集卡

介绍

雨刮器是汽车上重要的零部件，它能确保汽车在雨天能安全行驶，其性能的好坏直接影响汽车行驶的状况。为了保证雨刮器的可靠性，雨刮器出厂试验要求必须能达到150万次的刮刷循环。现在用PLC加触摸屏的方式构造的控制系统比较流行，但其不足之处在于数据处理功能较弱，其功能远不及LabVIEW。LabVIEW可以对数据进行采集、处理和分析，并用图像形式表达，数据存储比较方便。

软件界面设计

该测试软件根据我公司企业标准设计，界面明了，美观。见图(一)。

图一 测试界面

操作界面分为主界面、参数设置界面、测试界面、水路控制界面、角度测试界面、数据存储界面。操作模式分手动与自动，测试界面上半部分显示信息，参数设置界面在另外一界面，可以设置刮刷次数，循环时间等;测试界面下半部分是显示的刮刷频率，电机电流曲线与数值、电机温度，运行时间、循环时间与各电磁阀的状态;水路控制界面用模拟的管路方式设计出水路控制图，各个管路是用自定义布尔控件进行绘制，水路控制方式一目了然;刮刷角度测试界面能显示10组最近测量的角度值。

刮刷角度的测量

数据采集卡采集到旋转编码器输送的脉冲数，然后运用LabVIEW进行换算出角度值。比如编码器转一圈发送3600个脉冲则接收n个脉冲时的角度值为：Theta=πn/1800(rad)=n/10(°)

采样时间的设定是根据具体实际情况而定，一般是这样规定的：

f(t)≥刮刷频率/120(s)

LabVIEW根据数据采集卡采

样时间内接收的最大脉冲数便可以计算出刮刷角度。

刮刷频率的测量

数据采集卡采集接近开关的+5V电压信号，计数器便+1用LabVIEW记录下此刻的时间，然后继续采集下次信

号，然后用下次采集结束的时间减去上次采集完的时间即为两次的时间间隔t ms，刮刷频率计算如下：f=60000/t(次/min)

采样时间一般设定为:t≤ f(t)≤ 2t

刮刷频率在实际测量中是实时变化的，这是由于雨刮系统的负载变化引起的。

水路的控制

水路控制主要是通过LabVIEW对电磁阀的通断电来实现的。见图(二)当要求进行湿刮时，电磁阀开启，水通过管路喷洒到挡风玻璃上;当要求进行干刮时，则关闭电磁阀，开启回水阀;当液位传感器有信号时，则开启回水泵，直到液位传感器再次产生信号进水泵的控制是通过继电器控制的。当数据采集卡输出端输出信号时，继电器便接通，从而接通水泵。各个电磁阀都是通过继电器间接控制的，数据采集卡输出端子的通断直接控制继电器的通断。

图二 水路控制界面

自动模式下根据设置的干、湿刮时间来进行自动运行，总的刮刷次数为For循环的N端，当到达设定的时间时便输出信号给继电器从而控制相应的电磁阀的通断。

雨刮电机的监控

雨刮电机的监控包括电机电流、机壳温度两个参数。电机电流的测量是通过电流变送器将电流输送给数据采集卡，从而通过LabVIEW将电流以曲线的形式显示到屏幕上，从而对电流实时监控，若电流超过了设定值则系统停止运行。

电机温度是通过热电偶进行测量的，热电偶产生的电信号经过数据采集卡进入LabVIEW，经过换算后产生实际温度，当电机温度超过温度设定上限时，系统停止运行。

数据处理

运用LabVIEW强大的数据处理功能对数据进行处理，并生成报表格式。LabVIEW会每隔一段时间自动保存数据到指定的路径下，并以word的格式生成报表。通过LabVIEW的生成报表工具包便可完成此工作。报表中包含的信息包括时间，刮刷角度、刮刷频率、电机温度、刮刷状态，刮刷次数。

结论

该套测试系统能满足国内外各大汽车主机厂队对雨刮器的功能与耐久性能要求测试。开放式构造，便于维护;灵敏度较高，电压精度0.1v，电流精度0.1A，角度0.1°;由于采用工控机，耐环境性能较好，而且性价比较高;采用虚拟仪器技术设计的测试系统界面更美观，操作更方便。