CN105547130A - 一种abs齿圈节距误差检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种ABS齿圈节距误差检测方法及检测装置，将ABS齿圈放置到磁场中旋转，通过传感器采集每个齿在磁场中切割磁感线的切割时间及相应的转速，每个齿的切割时间乘以齿圈半径和转速得到单齿节距，由此计算单节距误差。使用本发明进行测试，即使转速变化很大，对单节距误差和累计节距误差测量结果的影响都很小，解决了传统方式受转速变化引起测试不准的问题。

Description

一种ABS齿圈节距误差检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种利用磁感应检测ABS齿圈节距误差的方法和装置。

背景技术

现有技术中对ABS齿圈节距误差的检测主要采用数字采集卡采集ABS传感器旋转时输出的信号，并对采集到的信号进行分析，如中国专利CN102359755A所公开的磁感应检测ABS齿圈节距误差的方法。主要指标有:N极最大峰,S极最大峰、N极平均峰值、S极平均峰值、最大输出电压、输出电压比、齿形误差、单节距误差、累计节距误差等等，取决于ABS传感器的类型。

现有测试技术利用齿圈在磁场中旋转所输出的电压信号变化周期来计算每一个齿的节距误差，因此要求齿圈旋转时的速度不能改变，转速精度直接影响节距误差测量精度，单节距误差和累计节距误差的测试精度受旋转速度的影响比较大，对检测的旋转平台速度稳定性要求比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前的检测技术对转速精度要求很高的问题，提供了一种能够消除转速影响的测量方法及相应的测量装置。

本发明的技术方案是：

一种ABS齿圈节距误差检测方法:将ABS齿圈放置到磁场中旋转，通过传感器采集每个齿在磁场中切割磁感线的切割时间及相应的转速，每个齿的切割时间乘以齿圈半径和转速得到单齿节距，单齿节距和总节距对比得到单齿节距误差，单齿节距误差之和为累计节距误差。

使用ABS传感器采集每个齿在磁场中切割磁感线的切割时间，使用转速测量装置采集ABS齿圈的实时转速从而得到每个齿在磁场中切割磁感线时的转速；ABS传感器输出连续的周期性的波形，每一个完整波形的起止时间就是每一个齿切割磁感线的切割时间。

采用旋转编码器采集转速，采集旋转编码器的输出信号，当到Z相出现下降沿时，启动数模转换器的信号采集，模数转换器每隔时间t采集一次ABS传感器的输出信号，对模数转换器的采样点进行计数，记录B相或A相每两个下降沿之间的采样点个数并定义为每线采样点数sc，对于一个分辨率为n线的旋转编码器，其第i线的转速 ${\mathrm{wl}}_i=\frac{1}{{\mathrm{sc}}_i}*\frac{1}{t}*\frac{1}{n},.$

对每线的转速wl作线性插值处理得到每个模数转换器采样点采样时ABS齿圈的转速wp。

每个时间间隔t内ABS齿圈所转动的距离为齿圈半径r、转速wp和t的乘积；根据ABS传感器输出的每个正弦波的起止时间得到每个齿切割磁感线的起止时间，将该起止时间段内每一个时间间隔t内ABS齿圈所转动的距离加起来就是单齿节距。

一种ABS齿圈节距误差检测装置，包括ABS齿圈旋转平台和ABS传感器，还包括转速测量装置、信号采集电路和计算分析模块；

ABS齿圈旋转平台用于驱动ABS齿圈旋转；

ABS传感器用于在齿圈切割传感器的磁感线时产生相应的电压变化，输出变化波形；

转速测量装置用于测量ABS齿圈的旋转速度；

信号采集电路中包含模数转化器，用于采集ABS传感器和转速测量装置的输出信号并转化为计算机可以处理的数字信号；

计算分析模块用于分析计算ABS传感器的输出信号，根据波形变化确定每一个齿所对应包含的一组采样点，计算每一个采样点采样时齿圈的转动距离，一组采样点中所有采样点采样时齿圈的转动距离之和为单齿节距，并计算单节距误差，单节距误差之和为累计节距误差。

所述转速测量装置为旋转编码器，安装在ABS齿圈旋转平台的电机中心轴上。

采集电路通过FPGA控制旋转编码器和模数转换器协同工作，采集由ABS传感器输出的模拟信号。

根据权利要求6所述的ABS齿圈节距误差检测装置，其特征在于：信号采集电路和电脑连接，电脑中安装计算分析模块。

本发明的原理：通过测量ABC齿圈上每一个齿的转速和在磁场中切割磁感线的时间，两者的乘积再乘以齿圈半径就得是单齿节距。让转速测量装置和ABS传感器协同工作，每一个齿切割磁感线的时间可以通过ABS传感器输出波形每一个完整周期的起止时间来确定，同时转速测量装置可以测量出这段时间内转速的平均值，这样再经过计算就可以得到单齿节距。

为了提高检测精度，以积分的形式计算节距误差，以ABS传感器的采样间隔时间t将齿形划分为若干个点。采集ABS传感器每一个采样点的转速，就可以计算出相邻两个采集点在齿形样对应的距离，一个完整波形上的所有采样点之间相邻距离之和就是齿形节距。

本发明的有益效果：

本发明通过FPGA控制旋转编码器和高速高精度模数转换器协同工作，采集由ABS传感器输出的模拟信号，在进行模数转换时，同时检测编码器的信号变化情况，记录每个编码器脉冲间的数字采集点数，最后得到每个采样点在采样时刻的转速。然后通过本软件分析模数转换后的ABS传感器齿圈数字信号，得到ABS传感器齿圈的单节距误差、累计节距误差、实时转速变化情况。本发明的算法与现有技术及算法相比能够完全消除转速变化对于单节距误差和累计节距误差的影响，大幅提高了测试精度。

使用该方法进行测试，即使转速变化很大，对单节距误差和累计节距误差测量结果的影响都很小，解决了传统方式受转速变化引起测试不准的问题。

附图说明

图1为旋转编码器输出信号示意图。

图2为ABS传感器输出信号示意图。

图3为测量结果显示图。

具体实施方式

实施例1：采集装置：包括ABS齿圈旋转平台、ABS传感器、转速测量装置、信号采集电路和计算分析模块。

ABS齿圈旋转平台用于驱动ABS齿圈旋转；

ABS传感器用于测量齿圈切割磁感线时产生的电压变化输出模拟信号；

转速测量装置用于测量ABS齿圈的旋转速度；在本实施例中为旋转编码器，安装在ABS齿圈旋转平台的电机中心轴上。

信号采集电路的采集板由核心板和底板两部分构成，核心板主要部件为：1.主控芯片FPGA；2.模数转换芯片AD7606；3.USB2.0通信芯片CY7C68013；4.内存芯片K4S511632B-TC75。底板主要部件为：1.模拟信号输入接口；2.核心板接口；3.电源接口；4.高速光耦TLP2362。采集电路通过FPGA控制旋转编码器和高速高精度模数转换器协同工作，采集由ABS传感器输出的模拟信号和旋转编码器的输出信号，并存储数据；

计算分析模块用于分析计算ABS传感器的输出信号，根据波形变化确定每一个齿所对应包含的一组采样点，计算每一个采样点采样时齿圈的转动距离，一组采样点中所有采样点采样时齿圈的转动距离之和为单齿节距，和标准节距对比得到单节距误差，单节距误差之和为累计节距误差。计算分析模块是一套计算软件，安装在电脑中

采集方法如下：

1.1安装旋转编码器

将旋转编码器安装于ABS齿圈旋转平台中驱动轮毂轴承转动的电机中心轴上。

1.2安装\连接ABS传感器

被动式ABS测量中，将ABS传感器放置于与ABS齿圈相距1mm位置处，并保持不变；主动式或者线圈式ABS传感器测量中，只需将相应的输出线接入采集板即可。

1.3连线

1.3.1将编码器输出信号线和ABS传感器输出信号线按照要求与采集板相连

1.3.2用USB线将采集板连接至电脑

1.4信号采集

1.4.1采集前工作

首先启动ABS旋转平台，使待测ABS齿圈以一定速度旋转，然后通过上位机软件向采集板发送开始采集信号

1.4.2信号采集过程

采集卡接收到采集命令后，开始采集旋转编码器输出信号，编码器输出信号如图1所示。

FPGA程序一直不断采集Z相输出信号，当采集到Z相的下降沿时，控制AD转换芯片对ABS传感器输入信号进行采集，并对采集点数进行计数。ABS(或线圈)传感器输出信号如图2所示:

采集过程中如果采集到B相输出信号的下降沿，则记录当前采集点数个数(将该数据名称定义为每相采集点数)，并将采集点数的计数器清0，重新开始计数，直到下一个下降沿。采集到Z相下降沿则说明电机已经旋转一圈，此时记录下采集圈数，如果采集圈数大于等于设置采集圈数，则数据采集结束，所有采集数据保存到内存芯片中。采集过程中，上位机软件会一直发命令查询数据采集是否结束，如果采集结束，则将AD转换数据和每相采集点数上传至上位机。

1.5数据分析

1.5.1指标定义：

1.5.1.1单节距误差：

齿圈单节距误差指的是每个齿圈的节距和理论节距间的误差，对于一个有n个齿形的ABS齿圈，其定义表达式如下：

$SPi=\frac{{\mathrm{nD}}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{D}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{D}_i}$

D＝单齿圈节距距离

n＝齿数

1.5.1.2累计节距误差

累计节距误差指两个以上齿圈的累计误差，其定义表达式如下：

TPi＝SP_i(当i＝1)

TPi＝TP_i-1+SP_i(当>1)SPi为单节距误差

1.5.2指标计算：

1.5.2.1每相旋转速度计算

根据采集卡采集得来的每相采集点数计算编码器转动的每相转速，设编码器一圈有n相，则：

${\mathrm{wl}}_i=\frac{1/n}{{\mathrm{tc}}_i}$

tc＝每相采样时间＝每相采集点数*AD采集间隔

设每相采集点数为sc

AD采集间隔为t,则：

${\mathrm{wl}}_i=\frac{1}{{\mathrm{sc}}_i}*\frac{1}{t}*\frac{1}{n}$

1.5.2.2每个采集点旋转速度计算

通过线性插值处理得到每个采样点采样时ABS的转速wp，对于每相内的采集点：

${\mathrm{wp}}_j=\frac{({\mathrm{wl}}_{i+1}-{\mathrm{wl}}_i)}{{\mathrm{sc}}_i}*j+{\mathrm{wl}}_i$

sc＝每相采集点数

j属于(0，sc)

对于一个有n相的编码器，循环进行n次，即可得到每个采样点在采样时ABS齿圈的转速wp。

1.5.2.3每个齿的起始时间和结束时间计算

ABS传感器采集到的波形如图2所示：

当信号从低到高变化到0点时即该齿圈的结束点，下一个齿圈的起始点，所以可以通过对波形上升沿过零点的检测得到每个齿的起始时间ts，结束时间te。

1.5.2.4计算单齿圈节距距离

对于一个转速一直在改变的ABS齿圈，其单节齿圈节距可以通过下式计算

$D=r\underset{ts}{\overset{te}{\∫}}wdt$

r＝abs齿圈半径

ts＝该齿起始时间

te＝该齿结束时间

将该式数字化后，可以转化为下式：

$D=r\underset{i=ts}{\overset{te}{\Σ}}{\mathrm{wp}}_{i}t$

t＝ad采样间隔时间

wp＝ts到te这段时间内每个采样点采样时的转速

1.5.2.5计算单节距误差：

将上节所得D代入4.5.1.1定义的公式，并约去常数即可得每个齿圈的单节距误差

1.5.2.6计算累计节距误差：

将上节计算所得单节距误差SP代入4.5.1.2所定义公式即可得到所有累计节距误差。

图3为当转速在60-200RPM变化时所测量出的输出结果。

下表为在不同转速下对同一个ABS齿圈的测量结果。

从表中我们可以看到，采用本发明的测量方法，在不同转速下、不同的转速变化幅度下测量的结果都很稳定。

实施例2：采集装置：包括ABS齿圈旋转平台、ABS传感器、转速测量装置、信号采集电路和计算分析模块。

ABS齿圈旋转平台用于驱动ABS齿圈旋转；

ABS传感器用于测量齿圈切割磁感线时产生的电压变化并输出模拟信号；

转速测量装置用于测量ABS齿圈的旋转速度；在本实施例中为旋转编码器，安装在ABS齿圈旋转平台的电机中心轴上。

信号采集电路的采集板由核心板和底板两部分构成，核心板主要部件为：1.主控芯片FPGA；2.模数转换芯片AD7606；3.USB2.0通信芯片CY7C68013；4.内存芯片K4S511632B-TC75。底板主要部件为：1.模拟信号输入接口；2.核心板接口；3.电源接口；4.高速光耦TLP2362。采集电路通过FPGA控制旋转编码器和高速高精度模数转换器协同工作，采集由ABS传感器输出的模拟信号和旋转编码器的输出信号，并存储数据。

测量方法：

1.根据采集卡采集得来编码器输出信号计算编码器转动的每相转速，设编码器一圈有n相，则：

${\mathrm{wl}}_i=\frac{1/n}{{\mathrm{tc}}_i}$

tc＝每相的起止时间。

2.每个齿的起始时间和结束时间计算

ABS传感器采集到的波形如图2所示：

当信号从低到高变化到0点时即该齿圈的结束点，下一个齿圈的起始点，所以可以通过对波形上升沿过零点的检测得到每个齿的起始时间ts，结束时间te。

3.计算每个齿的转动速度：

每个齿的起始时间ts和结束时间te中，可以得到在该时间区间内旋转编码器所采集到X个相的对应转速，取这X个相的平均转速作为该齿的转速 $w={\mathrm{\Σ}}_{i=ts}^{te}{\mathrm{wp}}_i/X$

4.每个齿的节距计算：对于一个转速一直在改变的ABS齿圈，其单节齿圈节距可以通过下式计算

$D_i=r\underset{ts}{\overset{te}{\∫}}wdt$

r＝ABS齿圈半径

ts＝该齿起始时间

te＝该齿结束时间

将ts至te这段时间的平均转速w代入上式，可以得到：D_i＝rw(te-ts)。

5.计算单节距误差：

齿圈单节距误差指的是每个齿圈的节距和理论节距间的误差，对于一个有N个齿形的ABS齿圈，其定义表达式如下：

$SPi=\frac{{\mathrm{nD}}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{D}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{D}_i}$

D_i＝齿圈节距距离

n＝齿数

6.计算累计节距误差：

累计节距误差指两个以上齿圈的累计误差，其定义表达式如下：

TPi＝SP_i(当i＝1)

TPi＝TP_i-1+SP_i(当>1)SPi为单节距误差。

本实施例中的检测方法相对于实施例1精度较差，但在转速变化不是特别大的情况下其误差也是可以接受的。

Claims (9)

1.一种ABS齿圈节距误差检测方法，其特征在于:将ABS齿圈放置到磁场中旋转，通过传感器采集每个齿在磁场中切割磁感线的切割时间及相应的转速，每个齿的切割时间乘以齿圈半径和转速得到单齿节距，单齿节距和总节距对比得到单齿节距误差，单齿节距误差之和为累计节距误差。

2.根据权利要求1所述的ABS齿圈节距误差检测方法，其特征在于:使用ABS传感器采集每个齿在磁场中切割磁感线的切割时间，使用转速测量装置采集ABS齿圈的实时转速从而得到每个齿在磁场中切割磁感线时的转速；ABS传感器输出连续的周期性的波形，每一个完整波形的起止时间就是每一个齿切割磁感线的切割时间。

3.根据权利要求3所述的ABS齿圈节距误差检测方法，其特征在于:采用旋转编码器采集转速，采集旋转编码器的输出信号，当到Z相出现下降沿时，启动数模转换器的信号采集，模数转换器每隔时间t采集一次ABS传感器的输出信号，对模数转换器的采样点进行计数，记录B相或A相每两个下降沿之间的采样点个数并定义为每线采样点数sc，对于一个分辨率为n线的旋转编码器，其第i线的转速

4.根据权利要求4所述的ABS齿圈节距误差检测方法，其特征在于:

对每线的转速wl作线性插值处理得到每个模数转换器采样点采样时ABS齿圈的转速wp。

5.根据权利要求5所述的ABS齿圈节距误差检测方法，其特征在于:

每个时间间隔t内ABS齿圈所转动的距离为齿圈半径r、转速wp和t的乘积；根据ABS传感器输出的每个正弦波的起止时间得到每个齿切割磁感线的起止时间，将该起止时间段内每一个时间间隔t内ABS齿圈所转动的距离加起来就是单齿节距。

6.一种ABS齿圈节距误差检测装置，包括ABS齿圈旋转平台和ABS传感器，其特征在于：还包括转速测量装置、信号采集电路和计算分析模块；

ABS齿圈旋转平台用于驱动ABS齿圈旋转；

ABS传感器用于在齿圈切割传感器的磁感线时产生相应的电压变化，输出变化波形；

转速测量装置用于测量ABS齿圈的旋转速度；

信号采集电路中包含模数转化器，用于采集ABS传感器和转速测量装置的输出信号并转化为计算机可以处理的数字信号；

计算分析模块用于分析计算ABS传感器的输出信号，根据波形变化确定每一个齿所对应包含的一组采样点，计算每一个采样点采样时齿圈的转动距离，一组采样点中所有采样点采样时齿圈的转动距离之和为单齿节距，并计算单节距误差，单节距误差之和为累计节距误差。

7.根据权利要求6所述的ABS齿圈节距误差检测装置，其特征在于：所述转速测量装置为旋转编码器，安装在ABS齿圈旋转平台的电机中心轴上。

8.根据权利要求7所述的ABS齿圈节距误差检测装置，其特征在于：采集电路通过FPGA控制旋转编码器和模数转换器协同工作，采集由ABS传感器输出的模拟信号。

9.根据权利要求6所述的ABS齿圈节距误差检测装置，其特征在于：信号采集电路和电脑连接，电脑中安装计算分析模块。