基于LabVIEW的汽車電動座椅振動檢測系統設計

汽車座椅是體現汽車舒適性的主要設備之一，尤其是轎車座椅[1]。現在普遍采用的汽車電動座椅調節運行過程中振動噪音較大，不僅影響乘車人員的舒適性，還會在行車過程中分散駕駛員的注意力，影響駕駛安全。為了保證電動座椅的性和舒適性，在生產完成后需要進行電動座椅的振動檢測。目前，振動檢測方法普遍采用主觀感受評價和靜音房檢測方法，但這些方法易受外界環境干擾，效率低、成本高，且具有一致性較差的缺點[2]。為了提高座椅舒適性，研究人員[3－4]利用人機工程學合理布置人體模型，優化座椅外形尺寸，進行腰部支撐設計，科學地設計座椅有效旋轉點，從而優化座椅舒適性。陳良松等人[5]對座椅客觀舒適性與乘員主觀舒適性之間的關聯性進行研究和分析；杜天強等人[6]對電動座椅的關鍵部件進行了一系列耐久試驗，為汽車電動座椅的優化提供了參考；張忠海等人[7]通過對比不同車型座椅的關鍵尺寸、發泡硬度、發泡結構、座椅骨架結構以及面套結構等差異，分析了不同因素對座椅乘坐舒適性的影響，并討論了座椅撓度測試方法；王光南[8]通過加速度計量法進行人體動態舒適性評價，研究了不同加速度對人體的影響，計算結果表明較大的汽車座椅加速度會使人不適，甚至影響人體的正常機能；黃莉萍等人[9]對汽車座椅感知質量評價方法進行研究，在數據階段進行感知質量評審及問題改進，有效減少實物階段的設計變更問題，從而降低汽車座椅的開發成本；時培成等人[10]設計了一種具有準零剛度的非線性座椅，提升車輛座椅懸架的隔振性能，在隨機路面激勵下并聯機構非線性座椅懸架系統的人體各部位加速度均方根值下降了86％，位移均方根值下降了38％；孫衛國[11]對電動座椅驅動電機進行電流檢測，通過檢測電流的大小判斷電動座椅是否合格。基于此，本文基于labview設計了一套汽車電動座椅振動檢測系統。通過采集電動座椅運行時的加速度信號，對信號域、頻域分析，得到振動加速度信號的相關參數，將參數計算結果與系統預設閾值進行比較，檢測電動座椅是否合格。實驗結果表明，該檢測系統能高效準確地出質量不合格的電動座椅，并能長期穩定運行，為汽車電動座椅的優化提供了參考。
1汽車電動座椅振動產生機理汽車電動座椅調節過程中振動產生的噪音主要由驅動電機運行和傳動部件結構不合理引起。驅動電機運行引起振動主要有兩方面的原因。一方面是因為電機內部磁場的不平衡引起定子、轉子和電機整體結構的低頻振動，使定子和轉子配合不當，轉子鐵心的徑向振動以及內部線圈繞組斷、短路等；另一方面是由于電機轉動部分的摩擦、撞擊、不平衡以及結構共振引起的機械摩擦振動[12－14]。傳動部件結構不合理引起振動的原因是齒輪和齒條、絲杠和導軌、蝸輪蝸桿等傳動副的配合不符合要求[15]，齒輪嚙合時剛度過激、載荷變化、齒廓磨損以及單雙齒嚙合交替都會產生振動影響電動座椅的平穩運行。2檢測系統檢測原理電動座椅運行過程中，由3個驅動電機分別驅動電動座椅進行前升、前降、前進、后退、后升及后降6個動作。在電動座椅振動測試中，通過加速度傳感器采集電動座椅6個動作產生的加速度信號，對信號域及頻域的采樣分析，檢測電動座椅的質量。為了較符合實際工作情況，檢測時對電動座椅施加固定載荷，質量為70kg，模擬乘客在使用電動座椅時的運行情況。為了保證采集到的信號頻率不發生混疊，根據香農定理[16]，采樣率必須滿足ωs≥2ωm，其中，ωm為采集信號頻率的較高頻率。本文檢測系統采樣頻率選取5khz。檢測系統組成如圖1所示。加速度傳感器型號為bk4534－b，測量頻率范圍為0．2~12．8khz，測量精度可達到98mv／g。為了較真實地反映乘坐人員的感受，加速度傳感器安裝在座椅兩側中間部位，加速度傳感器安裝位置示意圖如圖2所示。可編程控制器s7－1200與工控機通過tcp通信，s7－1200在接到工控機發出的測試指令后，運行電動座椅驅動電機，加速度傳感器將采集的數據直接傳輸給采集卡ni9230，采集卡對數據進行a／d轉換，并傳遞到工控機，之后labview檢測程序進行數據處理，包括實時波形顯示[17－19]、數據分析和對比、數據存儲和查詢。3檢測系統設計檢測系統主要由系統配置、檢測程序、數據存儲以及歷史查詢4個功能模塊組成。檢測系統labview軟件運行流程如圖3所示。啟動檢測前，首先建立檢測系統和可編程控制器之間的通信，使檢測系統通過可編程控制器控制電動座椅的運行狀態，從而針對不同型號的座椅設置不同的檢測參數。plc通信程序如圖4所示。plc發送指令“plcinstruc－ tions”到檢測系統，檢測系統將指令與預設指令進行對比驗證，判斷座椅電機的運行狀態。如plc發送指令“200”，電機進行前進動作，檢測系統進行數據分析，與前進動作的預設參數進行對比，判斷座椅是否合格，動作結束后將分析數據結果存入數據庫。
檢測程序是對采集的數據域參數和頻域參數的計算。數據處理如圖5所示。結合預設參數閾值，對座椅的質量進行判定。數據處理程序如圖5a所示。檢測系統使用dataprepcs．vi對數據進行預處理，包括去趨勢項和剔除野點，通過newcal．vi實現對數據的參數計算，并與預先設定的參數閾值進行比較，得出。參數閾值設置如圖5b所示。對于不同型號的電動座椅，可以對加速度、均值、均方根值、偏度、峭度、裕度、峰值因子、波形因子等14個參數進行不同的閾值設置。
檢測程序主界面如圖6所示。對采集到的電流電壓值進行實時監測顯示，當電流電壓值**過設定值時，向可編程控制器發送反饋，防止驅動電機因電流電壓過大造成損壞。對采集到的加速度信號域波形的顯示，在界面上對每個檢測狀態及檢測用時進行顯示，每個動作結束后對檢測結果進行顯示，綠色的表示合格，紅色表示不合格。
數據通過sqlserver數據庫存儲，相比于其它數據庫，sqlserver的易用性、適合分布式組織的可伸縮性等優點對數據管理與分析的靈活性較好，也與更多的服務器軟件存在關聯集成性。數據庫通過ac－tivex數據對象(activexdataobjects，ado)方式與labview進行連接，與開放數據庫互聯(opendatabaseconnectivity，odbc)等方式相比，該方式*設置數據源，應用場景廣泛。數據庫連接程序和設置界面如圖7所示。由圖7a可知，通過編寫的localsqlconnect．vi實現對本地數據庫的連接，方便存儲檢測數據；由圖7b可知，系統對本地數據庫務器數據庫的名稱地址等參數進行配置，電動座椅檢測完成后，將數據直接存入本地數據庫，上傳至服務器數據庫。
傳感器采集到的前進運動振動加速度信號時域波形如圖8所示。通過對信號波形的時域及頻域分析，得到峰值、幅值、均方根值、峭度、波形因子、峰值因子、脈沖因子、裕度、偏度、功率譜密度等信號參數，與設定閾值進行對比，判定電動座椅的運行質量。峰值能量是非常短的脈沖能量，用來檢測運行過程中的故障，前進運動振動加速度信號峰值能量[20]如圖9所示。由圖9可以看出，當t＝0~0．5s時，峰值能量明顯**其它時刻，說明此時振動存在一定問題。
歷史查詢是對已檢測的座椅數據進行查詢，方便工廠查看生產產品的質量。檢測系統對檢測的信號數據處理后存儲于sqlserver數據庫，通過內部以太網對檢測數據進行查詢，也可根據日期或產品序列號查詢檢測完成的產品。另外，該查詢檢測系統也可單獨查看每個動作的檢測信息。歷史數據查詢檢測界面如圖10所示。
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