基于LabVIEW的侧滑门耐久试验台控制系统设计

李伟马祥冀照通

（中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

摘要：提出了一种针对汽车侧滑门疲劳耐久性检测的试验台，通过对试验台的组成和工作原理分析，设计了侧滑门耐久试验台控制系统。该系统以工控机为核心，依托LabVIEW软件为系统软件开发平台，利用运动控制器控制试验台对手动侧滑门解锁、开闭动作，利用CAN、LIN信号收发设备对电动侧滑门执行开闭动作，使用手动机械装置控制试验台的角度调整，通过数据采集卡、模拟量模块等对试验台的测量数据（如操作力、速度等）进行采集。该试验台实现了对侧滑门的动态在线测试，为侧滑门的疲劳耐久性分析提供了准确科学的试验依据。

关键词：LabVIEW、侧滑门、控制系统、疲劳耐久

Design of Side Sliding Door Durability Test-Bed Control System Based on LabVIEW

Li Wei Ma Xiang Ji Zhaotong

（China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd., Tianjin 300300）

Abstract: This paper proposed a system for the vehicle side sliding door .The side sliding door control system designed by analyzing the composition and working principle of test.The system based on an industrial control computer and LabVIEW is the developing system.The system used motion control card to control the unlocking,opening and closing action of side sliding door.Used CAN\LIN transmitter-receiver device to execute opening and closing action of side sliding door.Used manual mechanism to control the angle adjustment of the test bench.DAQ and analog module used to acquire the measuring data (such as handling force and speed) of test system.The system is used to achieve online measurement of side sliding door, and provide accurate and scientific basis for side sliding door’s fatigue and durability analysis.

Key word: LabVIEW, Side Sliding Door, Control System, Fatigue Durability

0 引言

随着汽车工业的发展，社会生活水平的提高，国家“二胎”政策的开放等因素，商务车和家用七座MPV越来越得到普及。汽车侧滑门作为商务车和七座MPV中重要的组成部分，其疲劳耐久性直接影响到客户的使用体验。侧滑门耐久试验台是一种针对汽车在开发流程中，验证侧滑门疲劳耐久性的专用试验工具。为侧滑门的疲劳耐久性分析提供了较为准确科学的试验依据，可以提升侧滑门的产品质量。

通过控制系统可以控制电机等执行机构对手动侧滑门进行自动化的开闭耐久试验，控制CAN\LIN收发设备对电动侧滑门执行开闭动作。由于LabVIEW的图形化编辑语言，使其具有较强的可视性，可以缩短开发周期，因此选用LabVIEW软件作为侧滑门耐久试验台操作系统的开发平台软件。

1. 试验台的组成及原理

试验台总体结构如图1所示，手动侧滑门耐久试验台主要由控制系统、执行系统、外部调节系统组成。手动侧滑门的开闭耐久循环功能是靠执行系统进行开闭的动作实现的，执行系统是以伺服电机为执行机构的加载体结构。系统通过设定“解锁——开启——解锁复位——关闭”这一系列的工作流程，实现控制手动侧滑门开闭耐久试验的功能。

由于试验车辆与试验台架放置于同一工作台面内，因此通过调节外部调节系统，可以实现同时调整试验车辆与试验台架的角度，实现试验标准中要求的坡度中耐久试验的功能。

手动侧滑门耐久试验台的控制系统主要由工控机、运动控制器、数据采集卡构成。数据采集卡采集试验中侧滑门的运动状态信息，如操作力、关闭速度等关键数据，工控机通过数据采集卡反馈的侧滑门的关键信息向运动控制器发出相应的指令提示。运动控制器根据收到的指令提示，向伺服电动的驱动器发出相应的脉冲信号，实现对伺服电机的控制，使整个系统处于闭环控制之内。

电动侧滑门耐久试验台的控制系统主要由工控机、CAN\LIN协议收发器组成。通过试验车辆相关DBC文件、LDF文件获取执行电动侧滑门开闭动作的代码。工控机发送相关代码指令到CAN\LIN收发器，通过CAN\LIN收发器发送执行信号到电动侧滑门中，相关反馈信号通过CAN\LIN收发器反馈到工控机。工控机根据反馈信号，通过DBC文件、LDF文件中相关代码判定该循环是否符合逻辑要求，并发出执行下一动作的指令。

2. 试验台总体设计方案和硬件选择

2.1试验台总体方案

试验台主要实现的是对汽车进行侧滑门疲劳耐久验证。控制系统是试验台重要的组成部分，闭环反馈控制可以使验证试验保证较高的试验精度，使试验台系统可以更稳定，对试验设备、试验样车和试验人员起到安全保护的作用。通过以伺服电机为主的执行机构，可以模拟客户在实际使用中对侧滑门进行的开闭动作，从而检验汽车侧滑门的疲劳耐久寿命，为疲劳耐久可靠性分析提供更为科学的试验数据。

试验台的控制主要围绕伺服电机进行，通过脉冲、方向信号控制，使伺服电机按照规定的运动轨迹以要求的速度和方向执行动作。解锁机构与开启手柄通过弹簧绳连接，弹簧绳与解锁机构之间连接一个带角度传感器的力传感器。力传感器可以测量解锁力、车门的开启力和车门的关闭力，通过角度传感器可以计算出法向和切向力，可以得出更为准确的试验依据。车门外部粘贴一个拉线位移传感器，通过该拉线位移传感器可以监测到车门的实时位置，并且通过位移变化与时间的关系，计算出车门的开启速度和关闭速度，能够使试验更符合规定的试验标准。

工控机作为试验台运算主机，搭载数据采集卡、运动控制器、CAN\LIN收发器等控制侧滑门的位置输出。试验台总体结构如图1所示：

图1试验台总体结构

2.2.试验台控制系统硬件选择

2.2.1信号采集硬件

根据侧滑门耐久试验台设计方案，试验台需要采集的数据主要有力和位移。力传感器选择压电式力传感器，压电式传感器可以在高低温工况下工作，并且体积小，质量轻，结构简单，工作可靠。数据采集卡选择NI USB-6351型号采集卡，具有24路数字量输入输出，以及2路模拟量输入输出功能。拉线位移传感器选用绝对值编码器类型，该类型编码器便于选取零位，方便操作。

2.2.2 伺服电机控制系统

伺服电机带动直线导轨实现直线往复运动，带动直线导轨上的解锁执行机构运动。解锁执行机构带动侧滑门执行开闭动作，实现开闭耐久试验。试验台采用CJ1W系列运动控制器，该运动控制器可以精确的发出高速脉冲，通过发送的高速脉冲进行按照脉冲数量和频率精确的控制伺服电机运动。

2.2.3 CAN\LIN总线收发器

CAN\LIN总线收发器应用于电动侧滑门耐久试验中，电动侧滑门是由CAN\LIN总线进行控制，根据DBC\LDF文件中的指令，模拟BCM的信号，控制ECU，向电动侧滑门发送执行命令，进行开闭耐久试验。CAN\LIN总线收发器采用德国VECTOR公司生产的VN8970型号的硬件收发器，内置有4路CAN信号收发器，1路LIN信号收发器，并且有I\O接口和数字量扩展模块，软件采用CANoe，CANoe广泛应用于汽车总线开发中，被汽车电器工程师所认可，具有模块化、稳定性高的优点，并且能够识别所有相关试验报文，方便记录并分析试验数据。VN8970通过过I\O接口与LabVIEW的数据采集器进行数字量的数据交换，使不同的硬件与软件能够集成到同一试验台的控制系统内。

3. 系统软件设计

3.1 LabVIEW概述

LabVIEW是美国NI公司推出的一款功能强大的可视化软件开发工具，编程人员在不需要懂得太多复杂的命令语句和控制算法的基础上，利用该软件自带的图标，通过连线的方式就可以完成编程工作。经过数十年的发展，LabVIEW已经被广泛的应用在汽车技术、航空航天、电气控制等许多领域，主要应用于数据采集和仪器仪表控制等。^[1]

3.2 控制系统开发流程

侧滑门耐久试验台根据实际功能分成几个功能模块，包括数据采集模块，数据处理模块，信号发送模块，伺服驱动模块。通过软件控制界面，选择不同类型的侧滑门，选择相应的耐久试验程序，执行试验标准中所需的耐久试验。

根据控制系统开发流程设计思路，控制系统流程图如图2所示：

图2 控制系统流程图

3.3 控制系统界面设计

控制系统软件主要分为5个部分，其中主检测窗口界面主要体现的是侧滑门耐久试验中侧滑门的运动状态和试验台运行的状态，用户可以根据试验条件设定试验循环次数，并通过当前运行状态栏监测试验台的运行状态，根据报警记录表格，得知试验的停止原因。图3为软件系统的主界面。

图3 软件主界面

在示教模式中，用户可以根据试验条件中规定的试验内容，通过模拟人实际开启关闭侧滑门的动作，带动直线导轨上的伺服电机，使系统记录下侧滑门的“解锁、开启、关闭”等位置，伺服电机在耐久试验中根据所学得的位置，执行开闭侧滑门的动作。用户在电机参数设置界面中，根据试验实际情况，设定电机的初速度、加速度、减速度、运动时间等参数，从而使试验能够满足规定的关闭速度和运行时间等条件。操作力数据采集界面，用户可以设定操作力和解锁力的阈值，根据带角度传感器的力传感器，采集到耐久试验中的操作力和解锁力，并根据需求生成力与时间的相关曲线，图4为数据采集结构图。