基于虛擬儀器的離合器助力器檢測系統軟件編程

胡 博，吳超海

（中國計量學院，杭州 310018）

基于虛擬儀器的離合器助力器檢測系統軟件編程

胡 博，吳超海

（中國計量學院，杭州 310018）

0 引言

離合器助力器的測試系統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構的主要元件，其技術狀況的好壞，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及非工作狀態下的氣密性是本系統的重點，另外本系統還可以在XY坐標系中繪出工作特性曲線并求出起始助力點跟最大助力點，這是本系統的關鍵所在。

汽車離合器是汽車底盤的主要部件之一,它分離徹底及結合柔和與否將直接影響汽車的操縱性能和一 些重要機件的使用壽命。為了減輕駕駛員的勞動強度,確保行車安全,目前,在汽車上尤其是重型汽車些重要機件的使用壽命。為了減輕駕駛員的勞動強度,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，關鍵就是要檢測它的氣密性。工作特性曲線真實的反映出了離合器助力器的助力情況。為了達到全自動檢測，提高系統的可操作性。本系統采用LabVIEW進行編程控制。

1 應用方案

本系統集成了一系列高精度傳感器，通過數據采集卡PCT 6221進行采集，然后利用LabVIEW編程控制電磁閥的通斷，實現“離合器助力器”產品的非工作氣密性、工作氣密性以及工作特性曲線的自動化測量。

在測試完畢后測試數據將自動保存在Excel中，以便工作人員查閱與打印。

2 硬件設計概述

該試驗臺全部采用計算機控制，采用了先進的數字和模擬電子技術、高精度傳感器技術、快速數據采集技術、實時數據處理技術和圖象顯示技術，自動化程度高，性能可靠，準確快速，檢測項目齊全，能真實的模擬離合器助力器總成的實際工作狀態及各項性能指標。

該試驗臺由液壓回路、氣壓回路、電氣控制線路和計算機測控硬件等四大部分組成。其組成框圖如圖1所示。

圖1 測試臺組成框圖

1） 液壓回路及其電控線路為滿足試驗規范對助力器試驗中油壓調節的要求，本試驗臺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節。液壓參量由計算機軟件控制，經計算機接口電路(D／A轉換器) 和U／I電控器輸出階梯信號或三角波電流信號驅動比例溢流閥的比例電磁鐵線圈，實現在試驗過程中自動調節壓力參數(O～10MPa)的技術要求。此外，各試驗項目的油路切換過程均在計算機軟件自動控制下，由計算機接口電路(開關量輸出板、固態繼電器輸出板)輸出大功率開關量信號，驅動相應的方向閥的電磁鐵線圈和電動機線圈來實現 。

2）氣壓回路及其電控線路為滿足試驗規范對助力器氣路的不同壓力等級要求。試驗臺氣壓控制主要由空氣壓縮機儲氣罐、遠程減壓閥、電磁方向閥和氣缸等氣動元件組成。各試驗項目的氣路切換過程和被試件活塞桿的往復運動均在計算機軟件自動控制下，由計算機接口電路(開關量輸出板、固態繼電器輸出板)輸出大功 率開關量信號，驅動相應的電磁換向閥的電磁 鐵線圈和電動機線圈來完成。本試驗臺能夠滿足全部試驗規范的要求。

3）計算機測控系統主要由工業控制機、十六路AD數據高速采集卡的、多只高性能的一體化的擴散硅壓力傳感器和力傳感器及其顯示儀表、 及十六路開關量輸入／輸出接口、固態繼電器輸出板等電路組成。硬件系統框圖如圖2所示。

圖2 系統硬件框圖

為了提高該試驗臺操作上的靈活性，本系統項目測控可以根據菜單選擇，系統可支持計算機鍵盤、鼠標器和操作臺進行氣密試驗、液密試驗、工作開始點試驗、全負荷工作試驗。另外，軟件操作過程及注意事項在計算機工作試驗、全行程試驗、性能試驗、壽命試驗及 屏幕上均有漢字信息提示，可以滿足離合器總泵試驗技術標準Q/ZSZF的各項試驗項目，并且每一被試件的測試數據可以按數據庫文件方式存入磁盤，以備查詢，為助力器、離合器總泵的質量管理現代化打下基礎。

主要技術指標如下：

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 系統的軟件設計

3.1 非工作狀態的軟件設計

3.1.1 非工作狀態下的檢測方法

在非工作狀態下，打開進氣口A端的進氣閥并保持進氣口B端進氣閥關閉。在A端氣壓達到0.7Mpa后，關閉A端進氣閥。然后保持一分鐘，看一分鐘后的氣壓降是否符合標準，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。打開進氣口B端的進氣閥并保持進氣口A端進氣閥關閉。在B端氣壓達到1.6Mpa后，關閉B端進氣閥。然后保持一分鐘，看一分鐘后的氣壓降是否符合標準，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

非工作狀態測試程序的前面板如圖4所示。程序開始時，由于各個電磁閥處于隨機狀態，所以我們設置了清零的程序。在清零后，我們增加了一個循環框，用它的停止鍵來表示程序的開始鍵，程序框圖如圖5所示；進氣口A端的充氣、判斷以及排氣程序如圖6所示；進氣口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，只是數據采集卡里的一些控制通道端口有所變化，且采集出來的數據處理也是根據自己傳感器的特性而設計。因此就不再贅述。非工作狀態下測試完成后將保存測試數據，保存數據的程序如圖4所示。

3.2 工作狀態的軟件測試

3.2.1 工作狀態下的檢測方法

在工作狀態下，進氣口A端與進氣口B端同時充氣，使得A端氣壓達到0.7Mpa、B端氣壓達到1.6Mpa,然后關閉電磁閥。保持一分鐘，看一分鐘后的氣壓降是否符合標準，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。最后保存檢測數據。程序流程圖如圖5所示。

圖3 非工作狀態程序流程圖

圖4 保存數據的程序

3.2.2 部分程序算法及源程序介紹

工作狀態測試程序的前面板如圖7所示。程序開始后首先對系統進行初始化，程序框圖如圖8所示。在給進氣口A、B端充氣時，其流程是：先對進氣口A端充氣使之達到0.7Mpa,關閉A端進氣閥，然后對進氣口B端充氣使之達到1.6Mpa，關閉B端進氣閥，后面板程序如圖6所示。

圖5 工作狀態程序流程圖

圖6 A、B端同時充氣程序

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下的相應程序思想相同。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，進氣口A端輸入氣壓，同時進氣口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、輸出力為縱坐標在前面板上顯示出工作特性曲線，并求出起始助力點跟最大助力點。其流程圖如圖9所示。

圖7 非工作狀態測試程序的前面板

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，起始助力點算法如下：經多次實驗我發現，在按比例輸入的情況下，離合器助力器剛起到助力作用時，屏幕上顯示的點會有個突然的跳變。也就是兩點之間的輸出力斜率突然加大。為了精確獲取助力起始點，對此我們提高了采樣點數，并根據斜率變化來判定起始助力點。

最大助力點算法如下：由于最大助力點是在起始助力點之后，所以為了提高效率。我們可以在找到起始助力點之后再找最大助力點。在找最大助力點時，我主要依據斜率來判定，當達到最大助力點后斜率會突然減小，所以只需找到斜率突然下降的那個點即最大助力點。具體的程序略。

圖10 工作特性曲線測試前面板

4 結論

離合器助力器檢測系統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行的速度、程序的優化以及測量的精度。在該系統中，

我們運用數據采集卡PCI 6221進行數據采集，不僅提高了數據采集的速度，而且提高了采集的精度。另外，該系統實現了離合器助力器非工作狀態、工作狀態以及工作特性曲線的自動化測量，

并在測量完成后自動保存測量數據，便于工作人員以后查閱。所以該系統的可操作性強。并且大大減小了人工測量時帶來的一系列誤差，而且解決了人工測量時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.

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[3]使用LabVIEW進行數據采集、分析與顯示[EB/OL].

[4]吳艮霞, 李國陽, 韋巍. LabVIEW下基于普通數據采集卡的DAQ系統的實現[J]. 2006, 09(2): 42-43.

[5]趙玲, 孫仁云. 虛擬儀器技術在汽車測試技術實驗中的應用[J]. 2006, 04(2): 20-21.

[6]張曉東. 離合器助力器在線檢測系統[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軟件設計方法。在本設計中，我們主要運用高精度的傳感器采集非電信號，然后通過數據采集卡NI PCI 6221處理后傳到電腦上進行編程控制。完成對離合器助力器的工作狀態、非工作狀態以及工作特性的測試。本系統改進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為全自動檢測，提高的檢測的準確度。同時，本系統還解決了人工測量時無法測量工作特性曲線的問題。

虛擬儀器；數據采集；測試系統；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與自動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