基于虛擬儀器的氣制動(dòng)閥性能自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

摘 要：通過(guò)對(duì)氣制動(dòng)閥靜特性、動(dòng)特性的工作原理及性能測(cè)試方法的分析，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)測(cè)試指導(dǎo)，設(shè)計(jì)一套基于虛擬儀器的氣制動(dòng)閥性能自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，融入對(duì)其上腔提前量、動(dòng)態(tài)反應(yīng)時(shí)間等特征參數(shù)的檢測(cè)。該系統(tǒng)通過(guò)PC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙工位獨(dú)立檢測(cè)，提高測(cè)試效率，采用Labview圖形化編程軟件，結(jié)合數(shù)據(jù)采集與伺服運(yùn)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)氣制動(dòng)閥靜態(tài)特性及動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的在線檢測(cè)。結(jié)果表明：該系統(tǒng)可有效地對(duì)氣制動(dòng)閥性能進(jìn)行在線檢測(cè)，測(cè)試誤差小于0.2 kPa，測(cè)試節(jié)拍約為120 s，操作便捷。

關(guān)鍵詞：氣制動(dòng)閥 性能檢測(cè) 虛擬儀器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（c）-0040-03

隨著汽車(chē)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)行車(chē)安全的要求越加嚴(yán)格。因此，作為制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣制動(dòng)閥性能的好壞直接關(guān)系整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)是否正常工作，直接關(guān)乎行車(chē)安全性。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)氣制動(dòng)閥性能測(cè)試的檢測(cè)平臺(tái)，有基于MCS-51單片機(jī)的氣制動(dòng)閥微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)[1]，有基于C++的制動(dòng)閥靜特性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[2]等。文中設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)在保證與現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備同精度的前提下，對(duì)其性能測(cè)試方法展開(kāi)深入研究，融入初始位檢測(cè)、上腔提前量等特性參數(shù)測(cè)量與分析功能，完善了氣制動(dòng)閥綜合性能的測(cè)試，可選擇性地針對(duì)其動(dòng)特性、靜特性進(jìn)行測(cè)試。利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與伺服控制系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的硬件單元，以LabVIEW軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了氣制動(dòng)閥性能檢測(cè)系統(tǒng)。

1 氣制動(dòng)閥測(cè)試原理分析

在制動(dòng)系統(tǒng)中，氣制動(dòng)閥的作用在于實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過(guò)程和釋放過(guò)程中靈敏的隨動(dòng)控制，即輸出氣壓與輸入控制信號(hào)——推桿行程與推桿力——成一定的函數(shù)關(guān)系，其性能檢測(cè)包括動(dòng)特性、靜特性這兩方面。

1.1 性能測(cè)試原理

1.1.1 靜態(tài)特性

1.1.2 動(dòng)態(tài)特性

動(dòng)特性是研究制動(dòng)與制動(dòng)解除時(shí)輸出氣壓與時(shí)間的變化關(guān)系，通過(guò)加載氣缸的快速開(kāi)啟與關(guān)閉模擬制動(dòng)及制動(dòng)解除時(shí)踏板行程快速推進(jìn)及退回兩種制動(dòng)狀態(tài)[5]，模擬緊急制動(dòng)時(shí)氣制動(dòng)閥的快速反應(yīng)能力。

測(cè)試原理：控制加載氣缸動(dòng)作，使推桿以最快速度運(yùn)動(dòng)至全行程，且到達(dá)全制動(dòng)狀態(tài)后迅速退回至初始位置，繪制壓力-時(shí)間曲線，并給出動(dòng)態(tài)反應(yīng)時(shí)間值t，反應(yīng)時(shí)間為排氣口初始?xì)鈮簽?0 kPa至最大額定工作氣壓的變化時(shí)間。

1.2 系統(tǒng)工作原理

高壓氣源經(jīng)過(guò)濾器，由調(diào)壓閥降至1 MPa輸入10 L儲(chǔ)氣罐中以供測(cè)試所用。測(cè)試時(shí)，電氣比例閥輸出額定工作氣壓至1L儲(chǔ)氣罐，測(cè)試氣體由進(jìn)氣口輸入被測(cè)氣制動(dòng)閥，再經(jīng)排氣口排入0.4 L儲(chǔ)氣罐中，伺服加載模塊模擬實(shí)際制動(dòng)作業(yè)推動(dòng)推桿，氣壓傳感器實(shí)時(shí)采集氣壓信號(hào)。測(cè)試結(jié)束后，打開(kāi)常閉電磁閥將測(cè)試氣體排空。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大模塊構(gòu)成，硬件部分包括氣路、數(shù)據(jù)采集與控制模塊、伺服加載模塊及工控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。軟件作為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)測(cè)試過(guò)程中各硬件模塊間的協(xié)同工作，完成產(chǎn)品的裝夾、伺服運(yùn)動(dòng)控制及測(cè)試數(shù)據(jù)的采集、處理與分析，并提供數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以供查閱。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)氣制動(dòng)閥性能在線檢測(cè)，其工作原理是通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)氣壓、力及位移信號(hào)進(jìn)行采集與轉(zhuǎn)換，并輸入計(jì)算機(jī)由測(cè)試程序進(jìn)行運(yùn)算處理分析，同時(shí)伺服系統(tǒng)模擬實(shí)際制動(dòng)過(guò)程推動(dòng)，推桿行程由零至最大。

采用PC工控機(jī)總線系統(tǒng)，以提供穩(wěn)定的工作環(huán)境，并通過(guò)PCI總線和GPIB總線實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)控制等模塊間的相互通信。圖1為檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

2.2 數(shù)據(jù)采集及控制

作為硬件單元核心，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由高精度數(shù)據(jù)采集卡、傳感器、信號(hào)調(diào)整模塊及穩(wěn)壓電源等構(gòu)成。傳感器輸出非電量信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)整電路轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，以差分接入形式輸送到數(shù)據(jù)采集卡模擬量通道的輸入端，采樣信號(hào)經(jīng)16位A/D轉(zhuǎn)換器量化為數(shù)字信號(hào)后傳輸至計(jì)算機(jī)，上位機(jī)測(cè)試軟件對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，采樣速率為單通道40k。采集卡數(shù)字信號(hào)輸出模塊發(fā)出電磁閥控制信號(hào)，控制各氣缸完成被測(cè)閥的裝夾及推桿的快速加載。

2.3 伺服加載系統(tǒng)

2.4 軟件設(shè)計(jì)

同傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言（如C++）相比，Labview采用圖形化的編程方式，基于數(shù)據(jù)流模型，測(cè)試界面更為友好直觀，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)多線程技術(shù)，并提供功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與信號(hào)處理函數(shù)及豐富的圖形控件，避免傳統(tǒng)文本編程中繁雜的代碼，降低編程難度，同時(shí)提高編程效率[6]。因此，本文以Labview為平臺(tái)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理、精密運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程監(jiān)控、產(chǎn)品識(shí)別與裝夾、測(cè)試配置文件設(shè)置、數(shù)據(jù)保存打印回放、系統(tǒng)標(biāo)定等功能。測(cè)試程序由主程序與若干輔助程序構(gòu)成。

主程序由數(shù)據(jù)采集與控制模塊、伺服運(yùn)動(dòng)模塊、過(guò)程監(jiān)控模塊等構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)采集及控制模塊用于各傳感器信號(hào)采集、分析處理、顯示及電磁閥控制信號(hào)的輸出，伺服運(yùn)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)測(cè)試過(guò)程伺服加載機(jī)構(gòu)的精密運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，過(guò)程監(jiān)控模塊則實(shí)時(shí)監(jiān)控各系統(tǒng)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)并報(bào)警提示。圖2為測(cè)試流程。

4 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)氣制動(dòng)閥性能測(cè)試方法研究的基礎(chǔ)上，研制基于虛擬儀器的氣制動(dòng)閥性能檢測(cè)系統(tǒng)，以“軟件為核心”，結(jié)合數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)控制等硬件單元，實(shí)現(xiàn)其性能的在線檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)表明：系統(tǒng)具有精度高，可靠性強(qiáng)，易操作等特點(diǎn)，測(cè)試誤差小于0.2 kPa，滿足測(cè)量精度要求，單次測(cè)試節(jié)拍約為120 s，符合國(guó)家、行業(yè)相關(guān)氣制動(dòng)閥檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)測(cè)試指導(dǎo)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)強(qiáng)，韓玉杰.雙腔氣制動(dòng)閥動(dòng)靜特性的微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，22（4）：81-85.

[2]陳勇，王世耕.新型汽車(chē)制動(dòng)閥靜特性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，29（1）：19-21.

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[6]張丙才，劉琳.基于Labview的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007（12）：74-75.