基于虛擬儀器的離合器助力器檢測系統(tǒng)軟件編程

胡 博，吳超海

（中國計(jì)量學(xué)院，杭州 310018）

基于虛擬儀器的離合器助力器檢測系統(tǒng)軟件編程

胡 博，吳超海

（中國計(jì)量學(xué)院，杭州 310018）

0 引言

離合器助力器的測試系統(tǒng)主要用來檢測離合器助力器的好壞。離合器助力器是離合器液壓操縱氣助力機(jī)構(gòu)的主要元件，其技術(shù)狀況的好壞，直接影響離合器的工作效能。檢測離合器助力器在工作狀態(tài)及非工作狀態(tài)下的氣密性是本系統(tǒng)的重點(diǎn)，另外本系統(tǒng)還可以在XY坐標(biāo)系中繪出工作特性曲線并求出起始助力點(diǎn)跟最大助力點(diǎn)，這是本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

汽車離合器是汽車底盤的主要部件之一,它分離徹底及結(jié)合柔和與否將直接影響汽車的操縱性能和一 些重要機(jī)件的使用壽命。為了減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,確保行車安全,目前,在汽車上尤其是重型汽車些重要機(jī)件的使用壽命。為了減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,確保行車安全,目前,在汽車上尤其是重型汽車上都已 普遍使用了離合器助力裝置。檢測離合器助力器的好壞，關(guān)鍵就是要檢測它的氣密性。工作特性曲線真實(shí)的反映出了離合器助力器的助力情況。為了達(dá)到全自動(dòng)檢測，提高系統(tǒng)的可操作性。本系統(tǒng)采用LabVIEW進(jìn)行編程控制。

1 應(yīng)用方案

本系統(tǒng)集成了一系列高精度傳感器，通過數(shù)據(jù)采集卡PCT 6221進(jìn)行采集，然后利用LabVIEW編程控制電磁閥的通斷，實(shí)現(xiàn)“離合器助力器”產(chǎn)品的非工作氣密性、工作氣密性以及工作特性曲線的自動(dòng)化測量。

在測試完畢后測試數(shù)據(jù)將自動(dòng)保存在Excel中，以便工作人員查閱與打印。

2 硬件設(shè)計(jì)概述

該試驗(yàn)臺(tái)全部采用計(jì)算機(jī)控制，采用了先進(jìn)的數(shù)字和模擬電子技術(shù)、高精度傳感器技術(shù)、快速數(shù)據(jù)采集技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)和圖象顯示技術(shù)，自動(dòng)化程度高，性能可靠，準(zhǔn)確快速，檢測項(xiàng)目齊全，能真實(shí)的模擬離合器助力器總成的實(shí)際工作狀態(tài)及各項(xiàng)性能指標(biāo)。

該試驗(yàn)臺(tái)由液壓回路、氣壓回路、電氣控制線路和計(jì)算機(jī)測控硬件等四大部分組成。其組成框圖如圖1所示。

圖1 測試臺(tái)組成框圖

1） 液壓回路及其電控線路為滿足試驗(yàn)規(guī)范對助力器試驗(yàn)中油壓調(diào)節(jié)的要求，本試驗(yàn)臺(tái)的液壓源采用軸向柱塞泵供油，工作壓力由電液比例溢流闊調(diào)節(jié)。液壓參量由計(jì)算機(jī)軟件控制，經(jīng)計(jì)算機(jī)接口電路(D／A轉(zhuǎn)換器) 和U／I電控器輸出階梯信號(hào)或三角波電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)比例溢流閥的比例電磁鐵線圈，實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)過程中自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力參數(shù)(O～10MPa)的技術(shù)要求。此外，各試驗(yàn)項(xiàng)目的油路切換過程均在計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控制下，由計(jì)算機(jī)接口電路(開關(guān)量輸出板、固態(tài)繼電器輸出板)輸出大功率開關(guān)量信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的方向閥的電磁鐵線圈和電動(dòng)機(jī)線圈來實(shí)現(xiàn) 。

2）氣壓回路及其電控線路為滿足試驗(yàn)規(guī)范對助力器氣路的不同壓力等級要求。試驗(yàn)臺(tái)氣壓控制主要由空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐、遠(yuǎn)程減壓閥、電磁方向閥和氣缸等氣動(dòng)元件組成。各試驗(yàn)項(xiàng)目的氣路切換過程和被試件活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)均在計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控制下，由計(jì)算機(jī)接口電路(開關(guān)量輸出板、固態(tài)繼電器輸出板)輸出大功 率開關(guān)量信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁換向閥的電磁 鐵線圈和電動(dòng)機(jī)線圈來完成。本試驗(yàn)臺(tái)能夠滿足全部試驗(yàn)規(guī)范的要求。

3）計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)主要由工業(yè)控制機(jī)、十六路AD數(shù)據(jù)高速采集卡的、多只高性能的一體化的擴(kuò)散硅壓力傳感器和力傳感器及其顯示儀表、 及十六路開關(guān)量輸入／輸出接口、固態(tài)繼電器輸出板等電路組成。硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件框圖

為了提高該試驗(yàn)臺(tái)操作上的靈活性，本系統(tǒng)項(xiàng)目測控可以根據(jù)菜單選擇，系統(tǒng)可支持計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)器和操作臺(tái)進(jìn)行氣密試驗(yàn)、液密試驗(yàn)、工作開始點(diǎn)試驗(yàn)、全負(fù)荷工作試驗(yàn)。另外，軟件操作過程及注意事項(xiàng)在計(jì)算機(jī)工作試驗(yàn)、全行程試驗(yàn)、性能試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)及 屏幕上均有漢字信息提示，可以滿足離合器總泵試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Q/ZSZF的各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，并且每一被試件的測試數(shù)據(jù)可以按數(shù)據(jù)庫文件方式存入磁盤，以備查詢，為助力器、離合器總泵的質(zhì)量管理現(xiàn)代化打下基礎(chǔ)。

主要技術(shù)指標(biāo)如下：

采樣精度：0.222%（16位A/D）

氣壓密封測試精度：1%

輸入輸出壓力測試精度：1%

位移測量范圍：150mm

行程精度：0.1mm（毫米）

最大測試力：液壓 15Mpa；氣壓 1.5Mp

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 非工作狀態(tài)的軟件設(shè)計(jì)

3.1.1 非工作狀態(tài)下的檢測方法

在非工作狀態(tài)下，打開進(jìn)氣口A端的進(jìn)氣閥并保持進(jìn)氣口B端進(jìn)氣閥關(guān)閉。在A端氣壓達(dá)到0.7Mpa后，關(guān)閉A端進(jìn)氣閥。然后保持一分鐘，看一分鐘后的氣壓降是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并在前面板上以指示燈顯示出來（指示燈顯示綠色表示合格，指示燈閃爍表示不合格）。然后打開A端的排氣閥，排除A端的氣壓。打開進(jìn)氣口B端的進(jìn)氣閥并保持進(jìn)氣口A端進(jìn)氣閥關(guān)閉。在B端氣壓達(dá)到1.6Mpa后，關(guān)閉B端進(jìn)氣閥。然后保持一分鐘，看一分鐘后的氣壓降是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并在前面板上以指示燈顯示出來（指示燈顯示綠色表示合格，指示燈閃爍表示不合格）。然后打開B端的排氣閥，排除B端的氣壓。程序流程圖如圖3所示。

3.1.2 部分程序算法及源程序介紹

非工作狀態(tài)測試程序的前面板如圖4所示。程序開始時(shí)，由于各個(gè)電磁閥處于隨機(jī)狀態(tài)，所以我們設(shè)置了清零的程序。在清零后，我們增加了一個(gè)循環(huán)框，用它的停止鍵來表示程序的開始鍵，程序框圖如圖5所示；進(jìn)氣口A端的充氣、判斷以及排氣程序如圖6所示；進(jìn)氣口B端的充氣、判斷以及排氣程序與圖6中的程序思想完全相同，只是數(shù)據(jù)采集卡里的一些控制通道端口有所變化，且采集出來的數(shù)據(jù)處理也是根據(jù)自己傳感器的特性而設(shè)計(jì)。因此就不再贅述。非工作狀態(tài)下測試完成后將保存測試數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)的程序如圖4所示。

3.2 工作狀態(tài)的軟件測試

3.2.1 工作狀態(tài)下的檢測方法

在工作狀態(tài)下，進(jìn)氣口A端與進(jìn)氣口B端同時(shí)充氣，使得A端氣壓達(dá)到0.7Mpa、B端氣壓達(dá)到1.6Mpa,然后關(guān)閉電磁閥。保持一分鐘，看一分鐘后的氣壓降是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并在前面板上以指示燈顯示出來（指示燈顯示綠色表示合格，指示燈閃爍表示不合格）。然后打開A、B兩端的排氣閥，排除A、B兩端的氣壓。最后保存檢測數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖5所示。

圖3 非工作狀態(tài)程序流程圖

圖4 保存數(shù)據(jù)的程序

3.2.2 部分程序算法及源程序介紹

工作狀態(tài)測試程序的前面板如圖7所示。程序開始后首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，程序框圖如圖8所示。在給進(jìn)氣口A、B端充氣時(shí)，其流程是：先對進(jìn)氣口A端充氣使之達(dá)到0.7Mpa,關(guān)閉A端進(jìn)氣閥，然后對進(jìn)氣口B端充氣使之達(dá)到1.6Mpa，關(guān)閉B端進(jìn)氣閥，后面板程序如圖6所示。

圖5 工作狀態(tài)程序流程圖

圖6 A、B端同時(shí)充氣程序

至于判斷是否合格的程序，以及排氣跟保存的程序跟非工作狀態(tài)下的相應(yīng)程序思想相同。在此就不贅述。

3.3 工作特性曲線的測量

3.3.1 特性曲線的測量方法

在測量工作特性時(shí)，進(jìn)氣口A端輸入氣壓，同時(shí)進(jìn)氣口B端在比例閥的控制下緩慢的輸入液壓，然后以輸入力為橫坐標(biāo)、輸出力為縱坐標(biāo)在前面板上顯示出工作特性曲線，并求出起始助力點(diǎn)跟最大助力點(diǎn)。其流程圖如圖9所示。

圖7 非工作狀態(tài)測試程序的前面板

圖8 清零程序圖

圖9 工作特性流程圖

3.3.2 部分程序算法介紹

工作特性曲線測量的前面板如圖10所示，工作特性中清零程序見圖5所示，起始助力點(diǎn)算法如下：經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)我發(fā)現(xiàn)，在按比例輸入的情況下，離合器助力器剛起到助力作用時(shí)，屏幕上顯示的點(diǎn)會(huì)有個(gè)突然的跳變。也就是兩點(diǎn)之間的輸出力斜率突然加大。為了精確獲取助力起始點(diǎn)，對此我們提高了采樣點(diǎn)數(shù)，并根據(jù)斜率變化來判定起始助力點(diǎn)。

最大助力點(diǎn)算法如下：由于最大助力點(diǎn)是在起始助力點(diǎn)之后，所以為了提高效率。我們可以在找到起始助力點(diǎn)之后再找最大助力點(diǎn)。在找最大助力點(diǎn)時(shí)，我主要依據(jù)斜率來判定，當(dāng)達(dá)到最大助力點(diǎn)后斜率會(huì)突然減小，所以只需找到斜率突然下降的那個(gè)點(diǎn)即最大助力點(diǎn)。具體的程序略。

圖10 工作特性曲線測試前面板

4 結(jié)論

離合器助力器檢測系統(tǒng)的軟件編程不僅僅在于軟件的編寫過程，更重要的是提高軟件運(yùn)行的速度、程序的優(yōu)化以及測量的精度。在該系統(tǒng)中，

我們運(yùn)用數(shù)據(jù)采集卡PCI 6221進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不僅提高了數(shù)據(jù)采集的速度，而且提高了采集的精度。另外，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了離合器助力器非工作狀態(tài)、工作狀態(tài)以及工作特性曲線的自動(dòng)化測量，

并在測量完成后自動(dòng)保存測量數(shù)據(jù)，便于工作人員以后查閱。所以該系統(tǒng)的可操作性強(qiáng)。并且大大減小了人工測量時(shí)帶來的一系列誤差，而且解決了人工測量時(shí)無法測量工作特性曲線的問題。

[1]廖紅利. 離合器助力器的工作原理及使用[J]. 汽車雜志,1998, 04: 44-45.

[2]黃炳瑤. 離合器助力器的工作原理及常見故障[J]. 汽車雜志, 1996, 24: 15.

[3]使用LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析與顯示[EB/OL].

[4]吳艮霞, 李國陽, 韋巍. LabVIEW下基于普通數(shù)據(jù)采集卡的DAQ系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 2006, 09(2): 42-43.

[5]趙玲, 孫仁云. 虛擬儀器技術(shù)在汽車測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J]. 2006, 04(2): 20-21.

[6]張曉東. 離合器助力器在線檢測系統(tǒng)[EB/OL].

Based on the virtual instrument clutch booster test system software design

HU Bo, WU Chao-hai

本文論述基于虛擬儀器的離合器助力器測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法。在本設(shè)計(jì)中，我們主要運(yùn)用高精度的傳感器采集非電信號(hào)，然后通過數(shù)據(jù)采集卡NI PCI 6221處理后傳到電腦上進(jìn)行編程控制。完成對離合器助力器的工作狀態(tài)、非工作狀態(tài)以及工作特性的測試。本系統(tǒng)改進(jìn)了離合器助力器的測量方法，提高了檢測的效率。把以前的人工檢測改進(jìn)為全自動(dòng)檢測，提高的檢測的準(zhǔn)確度。同時(shí)，本系統(tǒng)還解決了人工測量時(shí)無法測量工作特性曲線的問題。

虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；測試系統(tǒng)；電磁閥

胡博（1958－），男，浙江杭州人，工程師，主要從事電子信息技術(shù)與自動(dòng)化控制方面的研究工作。

U467

B

1009-0134(2011)4(下)-0074-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).22

2011-02-24