基于虛擬儀器的真空助力器測試系統軟件設計

胡 博，葉 綱，吳超海

（中國計量學院，杭州 310018）

基于虛擬儀器的真空助力器測試系統軟件設計

胡 博，葉 綱，吳超海

（中國計量學院，杭州 310018）

0 引言

汽車的制動系統狀況是否良好，直接關系到行車安全和運輸效率。根據大量的運行記錄分析表明，行駛中發生事故的原因很多與制動系統質量密切相關。而真空助力器又是汽車制動系統中極為重要的一個部件，因此開發一套汽車真空助力器綜合性能在線測試系統具有極其重要的現實意義，結合國內外對真空助力器的一些有效測試方法,我們設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，現已成功應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計的專用的電子儀器。虛擬儀器技術綜合運用了計算機技術、傳感器技術、數字信號處理技術和計算機總線通信技術以及開發軟件程序設計等多學科的知識。在虛擬儀器系統中，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的功能，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器技術的出現，打破了傳統儀器由廠家定義功能、用戶無法改變的固定模式，虛擬儀器技術給用戶一個充分發揮自己的才智、發揮想象力的空間，可以隨心所欲地根據自己的需求，設計自己的儀器系統，滿足多種多樣的應用需求[1]。

2 汽車真空助力器綜合性能測試系統的總體軟件設計

本系統硬件由裝有LabVIEW的工控機、數據采集卡、多種類型傳感器、汽缸及機械設計另部件等組成。

系統軟件運行在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，易于設定測試項目和測試內容等參數。根據《汽車真空助力器技術條件》測試標準QC/T307-1999[2]，要求測試系統能夠將壓力、位移和真空度等參數經傳感器輸出，然后由數據采集卡采集，并通過編程實現數據處理，實時顯示助力比特性曲線(即輸入力與輸出力的相關特性曲線)，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。此外，還要求在測試過程中監視測試條件，判斷當前條件是否符合要求，并實時加以調整。例如當系統真空度未達到標準時，啟動真空泵使其達到測試水平，而當它達到要求值時又能自動停止運行。為完成以上功能，系統軟件總體設計框圖如圖1所示。測試系統主面板如圖2所示。

圖1 測試系統流程示意圖

圖2 測試系統主面板

3 主要項目測試的軟件

測試系統的主要測試項目及實現軟件介紹如下：

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輸出力隨輸入力的變化規律，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。助力比特性曲線如圖3所示。要實時顯示其實現的輸出力與輸入力的關系曲線，我們調用LabVIEW中自帶的XY波形顯示函數，不斷地進行數據采集并儲存。具體實現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，跳躍區以上，最大助力點以下的性能區域內，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域內。其實現的程序框圖如圖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

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

4 結論

圖6 求助力比的程序框圖

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

[1]張凱,郭棟.LabVIEW虛擬儀器工程設計與開發[M].北京:國防工業出版社,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計算[J].汽車技術,2001,01:1-4.

[4]QC/T 307-1999 真空助力器技術條件[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的軟件設計方法，本系統使用美國國家儀器公司(National Instrument)提供的軟件LabVIEW和DAQ數據采集卡，構建了多通道數據采集系統，完成對壓力、位移、真空度等多種物理量數據采集、儲存、處理和顯示，實現汽車真空助力器綜合性能的測試。并對這種軟件結構的測量系統作了一定的研究，我們的實踐證實了以虛擬儀器為基礎的測試系統具有方便快捷、低成本、實用、可靠等優點。

虛擬儀器；數據采集；測試系統；LabVIEW

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。

TP391

A

1009-0134(2011)5(上)-0077-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).27

2010-11-01