实用全自动汽车怠速马达出厂检测系统_徐中林.pdf

第 卷第期 年月沧州师范学院学报 ，实用全自动汽车怠速马达出厂检测系统徐中林，李铭泽，张萌（沧州师范学院 现代教育技术中心，河北 沧州 ；沧州师范学院 计算机科学与工程系，河北 沧州 ；沧州师范学院 物理与信息工程系，河北 沧州 ）摘要：怠速马达在生产过程中的出厂检测环节存在检测速度慢、操作复杂等技术瓶颈，导致产量受限提出一种小型检测系统，采用可编程的 等制作完成，经多次反复检测，坏件检出率为 所设计系统具有价格低廉、开发速度快、稳定性好等优势，为中小型企业自动化生产与检测、降低成本以及提高效率提供了新的思路和方案关键词：全自动怠速马达检测；电喷发动机；编程；状态显示中图分类号：文献标识码：文章编号：（）怠速马达是节油型电喷发动机半自动控制的核心部件，其主要作用是调整汽车怠速当前，在我国自主研发的发动机中，怠速马达是消耗比较大的易损件之一很多发动机厂商为了减少维修率，对采购发动机的怠速马达进行了严格的出厂检测，并对该部件调整了最大的损赔比例因此，规范怠速马达的出厂标准以及严格把关成为汽车零部件厂商的当务之急作为汽车厂的零部件供应商，沧州协同机电制造有限公司主打业务是生产汽车专用怠速马达，对于怠速马达的出厂检测标准有着较高的要求，对每个出厂的怠速马达均进行检测，检测率为 其指标和管理要符合汽车行业的 认证体系，此规范完全和 保持一致，但更着重于产品缺陷防范、减少汽车零部件在供应链中容易产生的质量波动和浪费作为和厂家有合作协议的沧州师范学院，提供了一种高效、完善的检测方案，以应对汽车零部件严格的出厂检测，并在检测过程中尽量减少人员参与和干扰，保证产品出厂的一致性和可靠性图怠速马达的内部结构图当前的工作状况与困境在不同的环境温度下，汽油发动机对怠速转速要求不同，环境气温越低，要求发动机的怠速越高，以防止发动机熄火，这个过程则是依靠电子控制单元（，）通过检测温度来控制怠速马达来完成的 怠速马达是一种直线电机，将旋转的转子通过特殊的丝杆转变成直线运动 直线运动的锥形阀，通过了解阀座之间的空气流通截面积，改变了节气门体的旁通空气流量，从而调整了发动机的转速 怠速马达的内部结构如图所示由于怠速马达的体积小巧，结构复杂，多年以来该部件一直被德国博世和西门子垄断最近几年随着电子节气门体的出现，原有的拉线式节气门体逐渐被高档车淘汰，该零部件才趋于国产化 作为国产主力军的厢式货车、面包车等发动机仍然普遍采收稿日期：作者简介：徐中林（），男，河北沧州人，沧州师范学院现代教育技术中心高级实验师，研究方向：电气自动化DOI:10.13834/ki.czsfxyxb.2023.01.006用拉线式节气门体，每一个拉线式节气门体中都会装有一个怠速马达 因此，该部件的国产化仍然有很大的市场需求中国的一些汽车厂商，如长安、东风小康、奇瑞等厂商以及众多 店对该部件的需求仍是非常大怠速马达的内部装配有两个电磁线圈，属于两相四线式步进马达 通过马达转子的旋转，带动一个螺纹间距为 的丝杠做直线运动 驱动装置必须由专用的 控制 在全步四拍推进时，每输出一个脉冲信号，马达前进距离为 ，总位移量极限为，超过 主轴就会从转子中弹出，通常适用范围不超过检测一个新的怠速马达是否满足发动机的要求，必须使用特定的 来驱动，并配合精密的测距工具，才能测量出马达的性能是否达到标准 对于一般的中小企业，在汽车关键零部件国产化的进程中，昂贵的专用检测仪器是中小企业的一项巨大财务负担，检测方法也成为量产的技术瓶颈目前生产此类产品的小型企业采用的方式都是使用一个简易步进马达驱动装置，使用游标卡尺测量出轴头伸缩距离，然后根据表单的数值换算，得出合格与否的结论该方法效率低下，容易引起工人疲劳，有很多器件可能会因为质检员的疲劳疏忽而漏检，混入合格产品包装内，进而产生隐患，造成发动机不能正常工作，给生产厂家带来损失 作为有着多年校企合作经验的沧州师范学院创新团队，设计并制定了一个高效率、低成本的检测方案，经过长达年的检测试用，通过了配套厂商长安汽车、东风小康等严格的技术考核，得到了认可和推广检测系统的工作原理和工作思路图检测装置的设计方框图图为检测装置的设计方框图使用 核心板制作主控电路取代进口的 ，模拟发动机要求输出脉冲信号以及马达的运行方向信号 核心板将脉冲信号提供给专用马达芯片产生两相四线制电流信号，驱动怠速马达运转马达转子的旋转带动丝杆推动直线光栅尺，产生距离信号，经过脉冲输出送往检测仪表检测仪表和 核心板输出的脉冲信号进行对比当指令输出和检测信号一致时，电脑指示绿色发光二极管（，）发光，提示合格，如果马达线圈焊接反、断线、马达转子有毛刺等各种原因导致怠速马达无法转动、转动方向相反、驱动力矩不足等现象，核心板软件会检测到输出脉冲和拾取脉冲不一致 报警系统会点亮红色 并让蜂鸣器发出声音，提示质检员该怠速马达不合格器件选型 选型要求在本系统中，电子控制单元 选用 控制板作为脉冲发生器和方向识别的信号源，并将直线图 主控板图 显示屏光栅尺检测的信号和脉冲计数器产生的开关信号进行实时对比，智能识别怠速马达的工作状况，电脑控制板通过 驱动一个 型液晶来显示当前输出的脉冲信号，怠速马达应该前进的距离精度为 检测系统所选用的 主控板和 显示屏分别如图、图所示图 外围电路图图光栅尺 怠速马达驱动选型怠速马达的驱动为两相四线步进马达，驱动电压为，线圈内阻为，工作电流大小只有 当前，市场上几乎所有专用步进电机驱动器供电电压都为 以上，不能直接使用，需自行设计 在检测系统设计中采用了东芝的 ，该芯片工作电压范围宽，可以在低压 以下工作，外围电路也简单，如图所示 光栅尺以及脉冲计数器怠速马达的运行方式为直线运动，最大行程只有 ，超过这个量程时丝杆会从马达转子中弹出因此选用光栅尺最大量程大于 即可在系统中采用高精微型自复位光栅尺 ，最大测试 距 离 ，精 度 ，以 及 通 用 性 智能仪表 在此，并没有将光栅尺信号直接送往 进 行 计 数，而 是 采 用 第 三 方 智 能 仪 表 ，主要考虑操作习惯和 反应速度、三方可靠性等多种因素光栅尺实物如图所示 附属配套器材其他 供电电源、气缸夹具驱动等不再叙述创造性的可行性方案思路 检测系统设计思路按照汽车厂商对步进怠速马达提出的要求，需要让怠速马达在负载 的推力下，行程为最终误差不超过 ，马达直流电阻为 在 直流供电中静态电流则为 系统方案采用马达向上推动一个质量为 的正圆型铜柱，铜柱再推动自复位精密光栅尺 光栅尺的 脉冲信号送往 智能仪表由 分别控制两个计数器的工作状态，采集怠速马达前进和后退的两种不同数字信号当计数脉冲同步满足 输出的脉冲数量时，发出合格指示，否则一律视为不合格驱动电路中需要串联两个电流表分别显示两相四线中的两相电流可以在 的第脚和第 脚并联两个数字毫伏表，调整数字表上的微调电位器，校准即可 一般情况下，只有在故障时操作员质检员才会看电流表数值，来分辨故障类型，对精度要求不高 驱动方式思考及注意事项根据德国博世公司提供的怠速马达参数，在设计驱动方式时，要先避开初始阶段的非线性死角，进入线性旋转推进后才能正式进行检测，不然会出现测试误差 在此设计中，驱动马达后从完全收轴后再送出 个脉冲，直到马达转子旋转一圈后才正式进入测试阶段 马达检测 编程部分 申明库文件 （，）；显示屏的地址（其他引脚的定义略）（）略 （，）变量以 位（个字节）的数值形式存储，但只能是 或是 （，）；（；）（）；判断语句，用于对电位器模拟值的分类 （，）；将模拟电位器的电压信号转换成数字信号用来调整马达推杆的行进速度 （，）；（）；（，）；（）；生成周期为 的方波 （）；（改变这个值可以改变和改变对应的细分，可以变相应的转速）（）（）；设定马达的步数行进，计算出对应的脉冲个数 （，）；（）；在 第二行显示出行进距离，供给检验员参考 （“”）；刷新数据时避免留下残影 （）（）（）（，）；（）；（，）；使能端开启，驱动器开始工作 （，）；（）；（，）；怠速马达轴头伸出距离 （）；（）（，）；未达到指定的行进距离，红色 亮起，报警 （，）；（）；（，）；（，）；怠速马达轴头回收距离 （）；（）（，）；未达到指定的行进距离，红色 亮起，报警 （，）；（）；（）（）（，）；伸出轴头距离和回收轴头距离都满足要求后，绿色 亮起，告诉检验员 合格 （，）；（）；（，）；（）；（，）；（，）；（，）；（，）；（，）；（）手动收轴启动后，马达预先行进，避开死区进入线性测量 （，）；（，）；（，）；（）；（，）；图怠速马达首圈驱动示意图 （，）；（，）；（）；（）；自动检测系统的制作与调试自动检测系统连接组装后，质检员将马达放入工装，按下收轴按钮，马达自动回到极限收轴位置后再运行 个脉冲的行程，理论距离为，根据装配工艺和尼龙塑料的弹性导致转子螺纹的导入角发生形变，实际距离通常都小于，一般情况为 不等，见图将 智能表设置成加法计数器状态，以下简称计数器，按下启动测试开关，的主芯片 首先使能计数器，然后输出 个脉冲，怠速马达轴头伸出，同时负责出轴计器测出对应的 个脉冲信号并给出一个低电平送往 ，延迟 后，做出相应的收轴动作，使能回轴计数器在发送出轴和收轴脉冲完全一致后给出相应评价，由对应的 灯显示结果，提示质检员是否符合出厂要求 产品实验效果预期该试验检测系统经实际操作实验与工厂内正式运行，其测试系统耗电量与发热量均达到预期指标 在出厂检验中，工厂设计要求测试、装卸器件等所有时间累计不得超过 连续 的不间断重复操作，误差为零，并且要适应生产车间的各种电磁干扰、震动潮湿等环境，操作工人（质检员）操作简单易学 并且，能够轻松更改不同厂商的行程数据，以满足不同电喷发动机对怠速马达的个体需求 实习基地的使用效果测评怠速马达的检测系统被应用在沧州市协同机电制造有限公司的怠速马达生产线上，被检测的怠速马达要求满足联电电喷控制的标准参数，按照厂商提出的要求，通过调整距离电位器，选择输出轴头的行进距离为 计数器对应的脉冲数值为 质检员使用一个标准样件，收轴后避开死区进行检测 全部测试时间不超过，显示样件为合格，对应一批特制的不合格样件，包括故意焊反线圈，断线一组，断线组，转子马达变形，转子磁力不足，推力不足的怠速马达 按照厂家提供的典型故障样件检测结果如表所示表按照厂家提供的典型故障样件检测结果待测典型样件定制标准样件线圈开路磁场不足转子卡滞推力不足线圈反相次检测结果合格不合格不合格不合格不合格不合格次检测结果合格不合格不合格不合格不合格不合格经多次反复检测，坏件检出率为 在该系统的操作中，只需一个工人就可轻松连续工作 操作系统连续工作两年来，累计检测产品数十万件，未出现一例因检测系统差错漏检的产品，由于马达在生产线上已经调整到避开死区阶段，因此实际在进入出厂检验环节时，一般无需重复收轴环节，检测时间仅 结语在机器人替代人工的方案中，采用可编程的 等制作出的小型检测系统，具有价格低廉、开发速度快、稳定性好等优势，为中小型企业的自动化生产、检测、降低成本、提高效率提供了新的思路和方案，也让高校教师队伍能够更好地为企业提供技术支持，对支持地方产业升级、节省人力物力等各方面提供了帮助，在产业升级上为使用智能机器取代人工提供了低成本的思路参考文献：杨阳浅谈长安悦翔 发动机怠速不稳、异常抖动汽车实用技术，（）：徐中林，董庆运可编程线性霍尔全自动编程控制机器人的设计与制作沧州师范学院学报，（）：信松岭，张召 在汽车 通讯中的应用研究内燃机与配件，（）：刘文慧，杨晓芳，王俊锡，等基于 单片机的移动监视器设计长江信息通信，（）：黄景煦，莫丽薇，于米提江奥布力，等基于 的无人机气体检测装置电子测试，（）：，（，；，；，）：，：；责任编辑：武玉琳