一種新型的摩托車(chē)磁電機(jī)在線微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究

1、摩托車(chē)磁電機(jī)在線微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)摘要：針對(duì)目前我國(guó)磁電機(jī)產(chǎn)品在線檢測(cè)設(shè)備的落后現(xiàn)狀，采用現(xiàn)代微機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種新型的摩托車(chē)磁電機(jī)在線微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法提高了檢測(cè)對(duì)象的裝夾速度和靈活方便性，采用特別的信號(hào)處理和算法顯著提高了摩托車(chē)磁電機(jī)點(diǎn)火提前角的數(shù)字化檢測(cè)精度。應(yīng)用結(jié)果表明，該檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，檢測(cè)精度高，具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：磁電機(jī)；點(diǎn)火系統(tǒng)；在線；檢測(cè)控制 中國(guó)分類號(hào)：TH873.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AThe Study and Development of On-line Test System for Motorcycle Magne

2、t 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 f

3、or 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 sho

4、ws 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(jī)1是摩托車(chē)中非常重要的部件，它不僅直接為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)供給點(diǎn)火能量，而且也是摩_重慶市科委2004年度攻關(guān)項(xiàng)目資助（7786）作者簡(jiǎn)介：舒紅宇(1963

5、-)，男，重慶人，工學(xué)博士，主要從事車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、汽車(chē)電子控制技術(shù)等的研究。托車(chē)其它電器電子設(shè)備直接或間接的唯一電能來(lái)源，其質(zhì)量的好壞直接影響到摩托車(chē)的整體性能發(fā)揮和可靠性。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)摩托車(chē)行業(yè)存在重生產(chǎn)輕測(cè)試的傾向，使得我國(guó)的磁電機(jī)產(chǎn)品在線檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備非常落后，因此充分利用現(xiàn)代微機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)研究開(kāi)發(fā)性能更好、使用更方便而成本更低的摩托車(chē)零部件在線檢測(cè)設(shè)備具有重要的、較普遍的意義。本文將通過(guò)摩托車(chē)磁電機(jī)產(chǎn)品性能的在線檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)，探討其具體實(shí)現(xiàn)的方法和途徑，以滿足和提高我國(guó)摩托車(chē)行業(yè)零部件質(zhì)量控制的要求和水平2 4。1 磁電機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)的硬件組成與機(jī)械設(shè)計(jì)一個(gè)完整的在

6、線測(cè)試系統(tǒng)首先應(yīng)該在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證其測(cè)試對(duì)象在真實(shí)的或模擬的工作環(huán)境下工作，然后才能利用各種測(cè)試儀器獲取檢測(cè)對(duì)象的真實(shí)信息并進(jìn)行分析處理。本文開(kāi)發(fā)的磁電機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)硬件主要包括了兩大部分：機(jī)械模擬臺(tái)架和測(cè)試儀器硬件，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。機(jī)械模擬臺(tái)架仍然采用目前抽檢測(cè)試臺(tái)類似的結(jié)構(gòu)，即使用變頻器控制的調(diào)速電測(cè)試信號(hào)外部操作控制信號(hào)外部操作磁電機(jī)對(duì)象傳動(dòng)系變頻調(diào)速電機(jī)變頻器傳感器信號(hào)調(diào)理電路串行通訊口A/D采集卡處理器顯示器存儲(chǔ)器鍵盤(pán)鼠標(biāo)圖1 測(cè)試系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)機(jī)驅(qū)動(dòng)并模擬在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上磁電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并設(shè)計(jì)專用的電路將磁電機(jī)產(chǎn)生的各種信號(hào)通過(guò)整流、濾波等進(jìn)行調(diào)理后輸入到A/D數(shù)據(jù)采集卡，

7、然后利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)磁電機(jī)信號(hào)的分析處理。但為適應(yīng)在線檢測(cè)的要求，本文在磁電機(jī)快速裝夾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行了探討，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。為滿足磁電機(jī)在線檢測(cè)的要求，其安裝和檢測(cè)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(duì)稱布置的兩臺(tái)檢測(cè)設(shè)備，才能保證在產(chǎn)量為6000臺(tái)/天的生產(chǎn)節(jié)拍，因此其檢測(cè)效率和裝夾時(shí)間的要求較為苛刻，而目前磁電機(jī)抽檢用的測(cè)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(dá)到要求。為此本文設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示的快速裝夾機(jī)構(gòu)，只需在相應(yīng)的位置放下磁電機(jī)定子并轉(zhuǎn)動(dòng)手柄將其固緊，然后放下磁電機(jī)轉(zhuǎn)子并蓋上箱蓋將其壓緊即可完成裝夾動(dòng)作，熟練后只需35秒就可完成，同樣

8、在拆卸時(shí)只需打開(kāi)箱蓋，松開(kāi)手柄就可將磁電機(jī)取出。而且簡(jiǎn)單更換其中很少部件就能適應(yīng)不同產(chǎn)品的檢測(cè)，縮短在線檢測(cè)中產(chǎn)品切換時(shí)的準(zhǔn)備時(shí)間。另外在硬件設(shè)計(jì)上還解決了因轉(zhuǎn)速高而引起的高頻振動(dòng)噪聲、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和耐久性、制造成本等問(wèn)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(dòng)軸 7. 固緊螺桿8. 固緊螺母 9. 拉緊銷(xiāo) 10. 錐套 11. 固緊手柄 12. 彈簧壓緊機(jī)構(gòu)圖2 磁電機(jī)測(cè)試機(jī)械臺(tái)架裝夾機(jī)構(gòu)2 檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)磁電機(jī)及其組成的點(diǎn)火系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)和快速處理是本在線檢測(cè)系統(tǒng)的另一重要方面，本文基于Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)，使用

9、Visual C+6.0開(kāi)發(fā)工具和面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了磁電機(jī)在線檢測(cè)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了更高的點(diǎn)火提前角的數(shù)字化檢測(cè)精度、更好的用戶界面、更豐富的功能和可擴(kuò)展性、可重用性、可維護(hù)性，并具有聲音提示報(bào)警和統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)稱OO)技術(shù)的思想和方法，對(duì)磁電機(jī)在線檢測(cè)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的觀點(diǎn)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(gè)個(gè)不同的對(duì)象，每一個(gè)對(duì)象都有自己的屬性和方法，對(duì)象之間采用消息等機(jī)制進(jìn)行通信。其基本的特征有數(shù)據(jù)抽象、封裝、繼承、多態(tài)及

10、消息通信等，比之面向過(guò)程的方法在開(kāi)發(fā)效率、代碼的可重用性、軟件的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性等方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。CMagObject測(cè)試對(duì)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(duì)象名稱 說(shuō)明 圖3 磁電機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)軟件的主要封裝類本文設(shè)計(jì)的磁電機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)的對(duì)象如圖3所示，圖中的對(duì)象包括了系統(tǒng)的測(cè)試、處理、控制、結(jié)果的表達(dá)與存儲(chǔ)等過(guò)程，分別使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、COM組件、C+中的類和模板等形式進(jìn)行代碼的封裝。在這些對(duì)象的具體實(shí)現(xiàn)中，如串行通信和聲

11、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(shí)現(xiàn)的方式相比，使用更靈活、功能更強(qiáng)大、運(yùn)行效率更高。2.2 檢測(cè)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(dá)和封裝測(cè)試對(duì)象的數(shù)據(jù)內(nèi)容，用CView派生的CWaveMonitor表達(dá)和封裝測(cè)試對(duì)象的多種外觀和視覺(jué)側(cè)面，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與表達(dá)分開(kāi)，使程序結(jié)構(gòu)更清晰，開(kāi)發(fā)效率更高。外部操作存儲(chǔ)器CWaveMonitor音箱顯示器CWaveDeviceCSerialCommCFre500812PGCommCMagFuncC

12、MagObject生成測(cè)試文件圖4對(duì)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(shí)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(huì)根據(jù)用戶選擇自動(dòng)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(gè)SDI程序一次只能處理一個(gè)文檔對(duì)象；MDI接口可支持多種文檔，并可同時(shí)處理多個(gè)文檔對(duì)象。本文采用了MDI結(jié)構(gòu)，以便今后測(cè)試對(duì)象的擴(kuò)展。具體對(duì)象間的通信和連接關(guān)系如圖4所示。檢測(cè)系統(tǒng)軟件界面如圖5所示。2

13、.3 磁電機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)的點(diǎn)火提前角測(cè)試算法6為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性、穩(wěn)定性以及滿足在線檢測(cè)的效率要求，本文對(duì)點(diǎn)火提前角、充電電壓、電流等檢測(cè)的算法上進(jìn)行了改進(jìn)和探討，以點(diǎn)火提前角的檢測(cè)算法的探討為例說(shuō)明如下：檢測(cè)采樣到點(diǎn)火原始信號(hào)波形如圖6所示，其中x0，x2位置處的負(fù)脈沖表示磁電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置信號(hào)，而x1表示點(diǎn)火時(shí)刻位置。理論上，點(diǎn)火提前角可用下式計(jì)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(dòng)、噪聲的影響，實(shí)際中x0，x1， x2位置很難精確確定，因而點(diǎn)火提前角的檢測(cè)存在誤差并且不同的信號(hào)周期具有波動(dòng)，為此，本文提出了曲線擬合搜索法。如圖6所示，首先根據(jù)

14、原始信號(hào)的特征構(gòu)造一條擬合的規(guī)則的曲線去逼近原始信號(hào)，然后將x0，x1和x2的搜索確定轉(zhuǎn)變成對(duì)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(hào)特征構(gòu)造轉(zhuǎn)位方波和點(diǎn)火脈沖三角波，然后在一定的范圍內(nèi)橫向移動(dòng)方波和三角波的位置，同時(shí)對(duì)方波和三角波的寬度進(jìn)行拉伸和壓縮，將每改變一步得到的擬合曲線與原始信號(hào)進(jìn)行卷積并將得到的結(jié)果記錄下來(lái)進(jìn)行比較，其中最小值所對(duì)應(yīng)的曲線就是最佳擬合曲線。x0x1x2y0y1y2圖6 測(cè)量點(diǎn)火提前角的信號(hào)點(diǎn)火脈沖信號(hào)實(shí)踐證明，使用該方法能夠顯著提高點(diǎn)火提前角的檢測(cè)精度和穩(wěn)定性。另外本文對(duì)具體的算法進(jìn)行了優(yōu)化，將算法的運(yùn)行時(shí)間控制在一個(gè)比較理想的范圍內(nèi)，保證了算

15、法的效率。3 結(jié)論本文將開(kāi)發(fā)的摩托車(chē)磁電機(jī)在線微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品（整體外觀如圖7所示）的測(cè)試結(jié)果與進(jìn)口的磁電機(jī)檢測(cè)設(shè)備上的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較，得到各個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目中最大的誤差在4以內(nèi)，同時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用方便，測(cè)試效率高而成本大幅度降低，實(shí)現(xiàn)并達(dá)到了大批量磁電機(jī)生產(chǎn)的在線檢測(cè)的要求。目前該在線檢測(cè)系統(tǒng)已成功交付生產(chǎn)廠家使用并得到用戶好評(píng)，證明了其適用性和可靠性。開(kāi)發(fā)過(guò)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(cè)中推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1 任立環(huán). 摩托車(chē)磁電機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀和展望A. 小型內(nèi)燃機(jī), 1999,28(6)：41-42.2 李捷輝.采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)摩托車(chē)磁電機(jī)性能的測(cè)試A，小型內(nèi)燃機(jī)，1999,28(6):23-273 趙德安，李金伴.磁電機(jī)性能智能測(cè)試臺(tái)的研制A，電氣傳動(dòng)，1998年第3期:35-394 李旭輝,肖沙里，吳占民.磁電機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)B，自動(dòng)化與儀表，2002年第4期:41-435 Chung, C. M.; Lee, M. C., Obj