新型液壓離合器液壓操縱系統(tǒng)性能測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

汽車新型液壓離合器液壓操縱系統(tǒng)幾乎100%使用先進(jìn)的工程塑料，克服了金屬離合器總、分泵的缺點(diǎn)，產(chǎn)品可靠性高，耐久性壽命試驗(yàn)達(dá)150萬次以上。為了能更好地對這種新產(chǎn)品進(jìn)行研制和性能測試，需要自主開發(fā)一種適合生產(chǎn)環(huán)境、快速、穩(wěn)定、通用的檢測設(shè)備，以滿足生產(chǎn)過程中每件必檢的一道工序的需要。據(jù)此，本設(shè)計(jì)基于NI Labwindows/CVI開發(fā)平臺、研華PCL-812PG多功能數(shù)據(jù)采集卡，根據(jù)菲亞特（FIAT）標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)出了滿足要求的汽車新型液壓離合器液壓操縱系統(tǒng)性能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)速度快、運(yùn)行可靠，能實(shí)現(xiàn)硬件動作、數(shù)據(jù)采集、分析和存儲。

測試原理
測試系統(tǒng)主要包括：計(jì)算機(jī)部分、接口電路部分、離合器液壓操縱系統(tǒng)和工作臺架。如圖1所示，測試系統(tǒng)利用空壓機(jī)氣源作為壓力源，經(jīng)電磁換向閥推動汽缸工作，汽缸操作離合器液壓操縱系統(tǒng)工作，位移傳感器、力傳感器的模擬量信號經(jīng)外圍信號調(diào)理通過數(shù)據(jù)采集卡送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、文件管理；同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以發(fā)出指令，通過數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)外圍接口電路控制電磁換向閥工作，電磁換向閥控制汽缸的進(jìn)退，從而控制離合器液壓操縱系統(tǒng)的工作，完成系統(tǒng)性能測試功能。

圖1 測試系統(tǒng)的組成

虛擬儀器與Labwindows/CVI開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)采集卡
為了能在較短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建一套高性價(jià)比的性能測試系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，充分利用Labwindows/CVI開發(fā)平臺的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

研華的數(shù)據(jù)采集卡在接口設(shè)計(jì)的兼容性方面相對比較成熟，在Labwindows/CVI下調(diào)用研華的功能函數(shù)步驟比較簡單，因?yàn)檠腥A的引入庫文件（Adsapi32.lib）在Labwindows/CVI下可直接加到項(xiàng)目文件（.Prj）中，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用研華PCL—812PG多功能數(shù)據(jù)采集卡。

外圍接口電路部分
為了實(shí)現(xiàn)模擬量輸入和數(shù)字量的輸出，設(shè)計(jì)開發(fā)了外圍接口電路，即接口卡。外圍驅(qū)動電路如圖2所示，采集卡數(shù)字量輸出（DO）經(jīng)光電隔離模塊4N35，保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外圍電路相互隔離，4N35觸發(fā)功率模塊IRFP導(dǎo)通，IRFP功率模塊導(dǎo)通換向閥，從而控制汽缸的進(jìn)、退，保證測試按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序流程進(jìn)行。

圖2 外圍驅(qū)動電路

軟件設(shè)計(jì)流程
圖3是測試程序流程圖，測試具體步驟如下。

3 軟件流程圖

1）首先進(jìn)行程序初始化，包括讀入?yún)?shù)設(shè)置值、初始化虛擬儀器面板。

2）按下性能試驗(yàn)按扭，系統(tǒng)準(zhǔn)備進(jìn)行性能試驗(yàn)測試

3）初始化采集卡，如果初始化成功，進(jìn)入性能試驗(yàn)測試階段。系統(tǒng)自動進(jìn)行位移傳感器和力傳感器零位校準(zhǔn)，避免造成測量誤差。

4）系統(tǒng)指令采集卡數(shù)字量輸出高電平，經(jīng)接口板、隔離模塊、功率模塊、換向閥，推動氣缸前進(jìn)，離合器液壓操縱系統(tǒng)動作。

5）測試系統(tǒng)每5ms掃描一次位移傳感器和力傳感器的讀數(shù)，比較力傳感器值和力傳感器的設(shè)定值，如果測量值小于設(shè)定值，氣缸繼續(xù)前進(jìn)，同時(shí)在圖中畫出所測試的位移和輸出力的值。

6）力傳感器測量值達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)指令采集卡數(shù)字量輸出低電平，經(jīng)接口板、隔離模塊、功率模塊、換向閥，氣缸后退。

7）測試系統(tǒng)每5ms掃描一次位移傳感器和力傳感器的讀數(shù)，如果力傳感器測量值不為零，則汽缸繼續(xù)后退，同時(shí)在圖中畫出所測試的位移和輸出力的值。

8）如果力傳感器測量值為零，存儲實(shí)時(shí)測量的數(shù)據(jù)，以備進(jìn)行離線分析和數(shù)據(jù)核查，本次測試結(jié)束。

測試系統(tǒng)特點(diǎn)及實(shí)例
圖4是測試結(jié)果顯示，本測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)手動排氣、自動排氣、密封性試驗(yàn)、性能試驗(yàn)、數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用歷史數(shù)據(jù)顯示歷史曲線等功能?；贚abwindows/CVI開發(fā)平臺的功能作了如下設(shè)計(jì)。

圖4 測試結(jié)果

1）利用Labwindows/CVI對Microsoft Word操作的端口，實(shí)現(xiàn)對虛擬儀器測試結(jié)果進(jìn)行打印記錄的功能。

2）自動生成、實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)日期、試驗(yàn)時(shí)間，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可追溯性。

3）自動生成、據(jù)實(shí)記錄面板上設(shè)置的試驗(yàn)型號、試驗(yàn)者和操作者輸入的測試件編號，從而確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

結(jié)束語
本文從汽車新型液壓離合器液壓操縱系統(tǒng)性能測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)入手，介紹了系統(tǒng)測試原理、測試流程和Labwindows/CVI開發(fā)平臺的實(shí)用性和強(qiáng)大功能。圖5是設(shè)備全圖，現(xiàn)在這一測試系統(tǒng)已在生產(chǎn)線上使用，該系統(tǒng)技術(shù)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、能夠保證測量精度。完全符合FIAT標(biāo)準(zhǔn)要求，得到了南京依維柯汽車公司的認(rèn)可，為國家重點(diǎn)新產(chǎn)品新型液壓離合器液壓操縱系統(tǒng)的批量生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖5 設(shè)備全圖

由虛擬儀器在離合器液壓操縱系統(tǒng)性能測試的應(yīng)用實(shí)例，可以看到引入虛擬儀器后，除了能縮短開發(fā)周期、靈活使用功能面板外，還便于擴(kuò)展功能，方便硬件軟件對接兼容使用，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)存儲、分析、輸出打印能力，非常方便開發(fā)人員開發(fā)高性價(jià)比的測控系統(tǒng)。