- 何 海龙,

挑战:
汽车线控换挡相对于传统的机械拉锁式不但机构得到了简化，成本大幅降低，而且增加了驾驶员的舒适度，成为未来汽车动力总成发展的一个趋势。线控换挡的原理是利用不同挡位对应的不同电信号向换挡控制器传达驾驶员的操作意愿，换挡控制器控制集成在变速箱内部的机械部分实现换挡。由于车内的工作环境复杂（包括温度，震动和电磁波等干扰），电子信号易受到干扰，错误的电信号会引起错误的换挡，这在行车过程中是非常危险的，因此有必要在线控换挡设备投产前进行耐久试验，而且不但要监测某一个挡位的稳态信号，还要监测挡位变化过程中的电信号。所以研发一个实时的电信号的检测平台变得十分重要。

解决方案:
程序方面，基于NI-PXI6259丰富的输入输出资源，充分利用DAQmx的属性节点，实现了利用脉冲控制的状态机模型以及根据外部电平的高低实现电平窗采样的动态采样机制；结合生产者消费者的模型建立了基于队列的信号实时的输入，输出与处理；结合容错机制，排除信号变化过程中瞬态变化的影响。硬件方面，利用伺服电机和位置传感器控制换挡器在不同挡位间循环移动，同时在状态变化时输出脉冲和拉高采样电平，从而实现在不同状态下实时处理信号。

1、           引言

随着线控技术的发展，线控换挡技术正在逐步取代传统的机械拉锁式换挡，成为未来汽车动力总成的发展趋势，并且为智能化汽车打下基础。线控换挡技术有很多优势，比如成本更低，换挡更平顺，驾驶员更加舒适，节省车内室空间等等。但是一个阻碍其扩展市场的因素是人们对线控换挡信号准确性的担忧。由于车内动力总成部分工作环境复杂，很容易让工程师们怀疑电子信号的准确性。如果驾驶员的意愿是升挡，但由于受干扰而产生错误的电信号，车辆很可能换到减挡或者空挡等，这在行车的过程中是非常危险的。

作为线控换挡的零部件厂有必要向客户整车厂证明线控换挡的电信号是可以信赖的。证明的最佳方法是通过一个耐久试验，从而证明线控换挡的信号在高达几十万次的换挡过程中不会出现错误。

本耐久试验平台利用PXI6259较高的采样速率以及高速的信号处理速率，实时地判断信号是否正确，是否与挡位相对应。记录下错误的信号数量，结合总共的采样量和允许的容错率判断这一状态是否合格。

2、           线控挡位电信号监测平台设计背景和原则

线控换挡的电信号的准确性至关重要，静态和瞬态的信号都要监测其准确性，而且那有一定的持久性。

平台的具体流程图如下所示：

     A. 伺服电机和位置传感器协同工作，控制换挡器按照设定好的工况循环变化挡位位置，从而实现挡位信号的改变。

     B. 伺服电机在挡位变化前向PXI6259发送脉冲信号，改变程序中的状态机状态，同时还发送电平信号，结合电平信号控制PXI659采样的时间窗，实现根据各个换挡过程的动态采样。

     C. PXI6259根据状态机状态，判断挡位信号传感器的信号组合是否满足要求。由于电信号变化过程中 必然经历过度状态，会判断出错，但这个错误占总采样量份额很少，而且并不影响正常换挡，因此引入容错率，当计数的错误数量超过容错率时，判断出错并记录下来。

     D. 台式上位机提供用户人机交互的界面，供实验者设定耐久试验的循环次数，挡位传感器高低电平范围，指定各种电信号的输入通道，观察各个挡位的错误状况等。

3、           程序框图整体设计

3.1 脉冲计数

由于脉冲计数独立于信号采集和处理，因而程序中采用独立的循环模式，但是用错误簇指定了程序的执行顺序。由于实验实在模拟车内复杂环境的实验室内进行，周围人为加上复杂的电磁干扰，因此有必要调用DAQmx通道的数字滤波属性节点，从而抑制了干扰信号对脉冲计数的影响。

3.2 电平窗采样

由于在执行机构换挡的过程中，各个挡位停留的时间不一样，而且采样必须尽量覆盖整个换挡过程，因此，采用电平窗动态采样的方法实现。具体的方法为调用DAQmx触发的属性节点，在输入电平为高电平的时候进行采样，低电平的时候停止采样。

3.3 连续采样

为了实时进行采样并且读取出来，进行连续采样，采样读取vi的间隔设为-1，将采得的电信号输入到队列中去

3.4 状态机状态的改变和信号的处理

将队列输出vi放入一个while循环模块中，只要队列中存在信号，信号处理模块中的队列输出就会输出信号，脉冲计数模块计数的脉冲值作为一个局部变量来改变状态机的状态。

信号处理模块采用子vi

3.5 错误判断和数据记录

由于在挡位变换过程中，一定有电平的过度状态，因此一定会出现规则下的错误，但是这些错误实际中不影响换挡，因此要排除掉这些错误，引入了错误容限。当确实存在挡位的错误信号的时候，并且数量足够多，超过容限时，程序就会记录下来相应的挡位信号值以及出错的位置（第几次循环）

即使出现错误信号，但是如果没有超过容错率的话，数据不予记录，否则几十万次试验下来的数据量非常大，会占用大量资源。

4、           前面板设计

前面板包括信号，电平和脉冲等输入通道的设定，还有挡位的状态指示以及相应的错误次数记录等。为了便于区分不同功能，采用了选项卡设计的方法。

在初始化设置这个选项卡界面，包括了传感器的输入通道，脉冲，电平的输入通道，挡位信号电平的高低范围等。

在挡位运行显示这个选项卡界面中，用布尔灯标示出挡位的状态，同时显示各个状态的错误显示，一个总的耐久循环次数显示和一个紧急停止键。

在运行状态图这个选项卡中，运行状态及其对应的传感器信号值相应标示出来，便于试验人员的调试和监测。

5、           现场试验测试

现场试验的步骤是

     A. 将换挡器固定在实验平台上，固定好相应的位置传感。

     B. 配置好伺服电机的控制程序，使其能按照设定的工况控制换挡器持续工作，同时在规定时机向PXI6259发送脉冲和高低电平。

     C. 配置好台式电脑上的上位机，设定信号的输入通道，观察运行状态是否与实际状态同步，如果同步，则可以开始正式试验。

6、           结论

在监测线控换挡信号准确性的耐久试验中，我们应用了NI公司的PXI6259和labview2011软件平台进行了开发设计。由于其丰富的I/O资源和功能强大的属性节点，成功地实现了本次项目中的各项技术要求：动态采样，脉冲触发状态机状态改变和生产者消费者模型用于实时处理信号等。成功地帮助我们设计了一套令包括福特，马自达，大众等国内知名整车厂信赖的线控换挡检验平台，为线控换挡向市场的推广打下了坚实的基础。