基于虛擬儀器的真空助力器測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

胡 博，葉 綱，吳超海

（中國計量學(xué)院，杭州 310018）

基于虛擬儀器的真空助力器測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

胡 博，葉 綱，吳超海

（中國計量學(xué)院，杭州 310018）

0 引言

汽車的制動系統(tǒng)狀況是否良好，直接關(guān)系到行車安全和運輸效率。根據(jù)大量的運行記錄分析表明，行駛中發(fā)生事故的原因很多與制動系統(tǒng)質(zhì)量密切相關(guān)。而真空助力器又是汽車制動系統(tǒng)中極為重要的一個部件，因此開發(fā)一套汽車真空助力器綜合性能在線測試系統(tǒng)具有極其重要的現(xiàn)實意義，結(jié)合國內(nèi)外對真空助力器的一些有效測試方法,我們設(shè)計了一套基于虛擬儀器的汽車真空助力器綜合性能測試系統(tǒng)，現(xiàn)已成功應(yīng)用于實際并取得了良好的效果。

1 虛擬儀器簡介

虛擬儀器是基于計算機的儀器。它是在通用計算機上加上相應(yīng)的軟件和一定的硬件，使得使用者在操作這臺計算機時，就像是在操作一臺他自己設(shè)計的專用的電子儀器。虛擬儀器技術(shù)綜合運用了計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和計算機總線通信技術(shù)以及開發(fā)軟件程序設(shè)計等多學(xué)科的知識。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的核心，任何一個用戶都可以通過改寫其軟件，方便地改變和增減儀器系統(tǒng)的功能，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義功能、用戶無法改變的固定模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個充分發(fā)揮自己的才智、發(fā)揮想象力的空間，可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用需求[1]。

2 汽車真空助力器綜合性能測試系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件由裝有LabVIEW的工控機、數(shù)據(jù)采集卡、多種類型傳感器、汽缸及機械設(shè)計另部件等組成。

系統(tǒng)軟件運行在Windows平臺上，選用美國NI公司提供的LabView7.1軟件，由于它的可視化圖形化的友好人機界面的特點，編程方便快捷，易于設(shè)定測試項目和測試內(nèi)容等參數(shù)。根據(jù)《汽車真空助力器技術(shù)條件》測試標(biāo)準(zhǔn)QC/T307-1999[2]，要求測試系統(tǒng)能夠?qū)毫?、位移和真空度等參?shù)經(jīng)傳感器輸出，然后由數(shù)據(jù)采集卡采集，并通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，實時顯示助力比特性曲線(即輸入力與輸出力的相關(guān)特性曲線)，取得測試樣本的始動力、釋放力、跳躍值、最大助力點、助力比、密封性等參數(shù)。此外，還要求在測試過程中監(jiān)視測試條件，判斷當(dāng)前條件是否符合要求，并實時加以調(diào)整。例如當(dāng)系統(tǒng)真空度未達到標(biāo)準(zhǔn)時，啟動真空泵使其達到測試水平，而當(dāng)它達到要求值時又能自動停止運行。為完成以上功能，系統(tǒng)軟件總體設(shè)計框圖如圖1所示。測試系統(tǒng)主面板如圖2所示。

圖1 測試系統(tǒng)流程示意圖

圖2 測試系統(tǒng)主面板

3 主要項目測試的軟件

測試系統(tǒng)的主要測試項目及實現(xiàn)軟件介紹如下：

3.1 助力比特性曲線的測試和實時顯示

助力比特性曲線反應(yīng)輸出力隨輸入力的變化規(guī)律，它由升壓曲線和降壓曲線兩部分組成。在進行該曲線測試的同時，可以得到始動力、跳躍值、最大助力點、釋放力、助力比等參數(shù)。助力比特性曲線如圖3所示。要實時顯示其實現(xiàn)的輸出力與輸入力的關(guān)系曲線，我們調(diào)用LabVIEW中自帶的XY波形顯示函數(shù)，不斷地進行數(shù)據(jù)采集并儲存。具體實現(xiàn)方法是首先判斷輸出力是否隨輸入力上升，然后判斷輸出力與輸入力的差值是否達到最大。其程序框圖如圖4所示。

圖4 測試助力比特性曲線程序框圖

3.2 最大助力點的判斷

在真空助力器特性曲線中，助力比特性線的延長線與輸入力和輸出力的增量比例為1的直線的延長線的交點[4]。根據(jù)以上定義，可以通過逐點采集、寄存和逐點判斷的方法來求得該點值，這里我們利用LabView中的移位寄存器功能來實現(xiàn)寄存功能。首先判斷曲線是否升壓，然后判斷輸出力與輸入力之差是否達到最大得到。其實現(xiàn)的程序框圖如圖5所示。

圖5 求最大助力點的程序框圖

助力比的定義是，在助力器特性曲線中，跳躍區(qū)以上，最大助力點以下的性能區(qū)域內(nèi)，輸出力的增量與輸入力的增量之比。該點的算法也涉及到當(dāng)前量與前一個量之間的計算，因此也需要利用移位寄存器來做存儲，需要注意的是，助力比不需要連續(xù)取值，只要取到一個就可以停止它的計算，而且在計算該值時也要判斷是否在測試要求的區(qū)域內(nèi)。其實現(xiàn)的程序框圖如圖6所示。

始動力、跳躍值、釋放力、等按照定義，采用同樣的方法可以得到。此處不再贅述。

3.3 測量誤差的修正

系統(tǒng)檢測誤差很大程度上取決于傳感器轉(zhuǎn)換精度，傳感器及其調(diào)理電路的非線性，帶來的誤差為確定誤差，它可以通過修正加以消除，在本系統(tǒng)中采用軟件，進行分段逐段逼近的方法，實現(xiàn)由此引入的誤差修正。

4 結(jié)論

圖6 求助力比的程序框圖

本論文采用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)工具LabVIEW，實現(xiàn)汽車真空助力器綜合測試系統(tǒng)，實踐表明，該系統(tǒng)具有軟件設(shè)計思路清晰簡捷、人機界面友好、檢測速度高、結(jié)果準(zhǔn)確、開發(fā)周期短等特點，可滿足不同用戶需求。目前該系統(tǒng)已交付用戶使用,運行狀況良好，操作方便，工作穩(wěn)定可靠。它為我們進一步開發(fā)同類項目打下基礎(chǔ)，前景廣闊。

[1]張凱,郭棟.LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計與開發(fā)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.

[2]National Instruments Corporation LabView Help April 2003 edition, part Number 370117C-01.

[3]趙凱.汽車真空助力器的原理及參數(shù)計算[J].汽車技術(shù),2001,01:1-4.

[4]QC/T 307-1999 真空助力器技術(shù)條件[S].

Design of the software based on virtual instrument for vacuum booster test system

HU Bo, YE Gang, WU Chao-hai

本文論述基于虛擬儀器測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法，本系統(tǒng)使用美國國家儀器公司(National Instrument)提供的軟件LabVIEW和DAQ數(shù)據(jù)采集卡，構(gòu)建了多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成對壓力、位移、真空度等多種物理量數(shù)據(jù)采集、儲存、處理和顯示，實現(xiàn)汽車真空助力器綜合性能的測試。并對這種軟件結(jié)構(gòu)的測量系統(tǒng)作了一定的研究，我們的實踐證實了以虛擬儀器為基礎(chǔ)的測試系統(tǒng)具有方便快捷、低成本、實用、可靠等優(yōu)點。

虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；測試系統(tǒng)；LabVIEW

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

TP391

A

1009-0134(2011)5(上)-0077-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).27

2010-11-01