基于虛擬儀器的氣制動閥性能自動檢測系統

摘 要：通過對氣制動閥靜特性、動特性的工作原理及性能測試方法的分析，根據國家標準和企業測試指導，設計一套基于虛擬儀器的氣制動閥性能自動檢測系統，融入對其上腔提前量、動態反應時間等特征參數的檢測。該系統通過PC控制系統實現雙工位獨立檢測，提高測試效率，采用Labview圖形化編程軟件，結合數據采集與伺服運動模塊，實現氣制動閥靜態特性及動態特性參數的在線檢測。結果表明：該系統可有效地對氣制動閥性能進行在線檢測，測試誤差小于0.2 kPa，測試節拍約為120 s，操作便捷。

關鍵詞：氣制動閥 性能檢測 虛擬儀器

中圖分類號：TP391.9文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0040-03

隨著汽車技術的飛速發展，對行車安全的要求越加嚴格。因此，作為制動系統的執行機構，氣制動閥性能的好壞直接關系整個制動系統是否正常工作，直接關乎行車安全性。目前國內針對氣制動閥性能測試的檢測平臺，有基于MCS-51單片機的氣制動閥微機測控系統[1]，有基于C++的制動閥靜特性自動測試系統[2]等。文中設計的檢測系統在保證與現有測試設備同精度的前提下，對其性能測試方法展開深入研究，融入初始位檢測、上腔提前量等特性參數測量與分析功能，完善了氣制動閥綜合性能的測試，可選擇性地針對其動特性、靜特性進行測試。利用數據采集系統與伺服控制系統來構成系統的硬件單元，以LabVIEW軟件為開發平臺，設計了氣制動閥性能檢測系統。

1 氣制動閥測試原理分析

在制動系統中，氣制動閥的作用在于實現制動過程和釋放過程中靈敏的隨動控制，即輸出氣壓與輸入控制信號——推桿行程與推桿力——成一定的函數關系，其性能檢測包括動特性、靜特性這兩方面。

1.1 性能測試原理

1.1.1 靜態特性

1.1.2 動態特性

動特性是研究制動與制動解除時輸出氣壓與時間的變化關系，通過加載氣缸的快速開啟與關閉模擬制動及制動解除時踏板行程快速推進及退回兩種制動狀態[5]，模擬緊急制動時氣制動閥的快速反應能力。

測試原理：控制加載氣缸動作，使推桿以最快速度運動至全行程，且到達全制動狀態后迅速退回至初始位置，繪制壓力-時間曲線，并給出動態反應時間值t，反應時間為排氣口初始氣壓為20 kPa至最大額定工作氣壓的變化時間。

1.2 系統工作原理

高壓氣源經過濾器，由調壓閥降至1 MPa輸入10 L儲氣罐中以供測試所用。測試時，電氣比例閥輸出額定工作氣壓至1L儲氣罐，測試氣體由進氣口輸入被測氣制動閥，再經排氣口排入0.4 L儲氣罐中，伺服加載模塊模擬實際制動作業推動推桿，氣壓傳感器實時采集氣壓信號。測試結束后，打開常閉電磁閥將測試氣體排空。

2 系統總體設計

檢測系統由硬件和軟件兩大模塊構成，硬件部分包括氣路、數據采集與控制模塊、伺服加載模塊及工控計算機系統等。軟件作為系統的核心，負責測試過程中各硬件模塊間的協同工作，完成產品的裝夾、伺服運動控制及測試數據的采集、處理與分析，并提供數據管理系統以供查閱。

2.1 系統構成

該系統用于實現氣制動閥性能在線檢測，其工作原理是通過數據采集系統對氣壓、力及位移信號進行采集與轉換，并輸入計算機由測試程序進行運算處理分析，同時伺服系統模擬實際制動過程推動，推桿行程由零至最大。

采用PC工控機總線系統，以提供穩定的工作環境，并通過PCI總線和GPIB總線實現對數據采集、運動控制等模塊間的相互通信。圖1為檢測系統的結構原理圖。

2.2 數據采集及控制

作為硬件單元核心，數據采集系統由高精度數據采集卡、傳感器、信號調整模塊及穩壓電源等構成。傳感器輸出非電量信號經信號調整電路轉化為標準電壓信號，以差分接入形式輸送到數據采集卡模擬量通道的輸入端，采樣信號經16位A/D轉換器量化為數字信號后傳輸至計算機，上位機測試軟件對采集數據進行處理分析，采樣速率為單通道40k。采集卡數字信號輸出模塊發出電磁閥控制信號，控制各氣缸完成被測閥的裝夾及推桿的快速加載。

2.3 伺服加載系統

2.4 軟件設計

同傳統文本編程語言（如C++）相比，Labview采用圖形化的編程方式，基于數據流模型，測試界面更為友好直觀，可實現自動多線程技術，并提供功能強大的數據分析與信號處理函數及豐富的圖形控件，避免傳統文本編程中繁雜的代碼，降低編程難度，同時提高編程效率[6]。因此，本文以Labview為平臺進行軟件開發，實現數據采集處理、精密運動控制、過程監控、產品識別與裝夾、測試配置文件設置、數據保存打印回放、系統標定等功能。測試程序由主程序與若干輔助程序構成。

主程序由數據采集與控制模塊、伺服運動模塊、過程監控模塊等構成，其中數據采集及控制模塊用于各傳感器信號采集、分析處理、顯示及電磁閥控制信號的輸出，伺服運動模塊負責測試過程伺服加載機構的精密運動實現，過程監控模塊則實時監控各系統是否正常運轉并報警提示。圖2為測試流程。

4 結語

在對氣制動閥性能測試方法研究的基礎上，研制基于虛擬儀器的氣制動閥性能檢測系統，以“軟件為核心”，結合數據采集、運動控制等硬件單元，實現其性能的在線檢測。實驗表明：系統具有精度高，可靠性強，易操作等特點，測試誤差小于0.2 kPa，滿足測量精度要求，單次測試節拍約為120 s，符合國家、行業相關氣制動閥檢測標準及企業測試指導要求。

參考文獻

[1]關強，韓玉杰.雙腔氣制動閥動靜特性的微機測控系統[J].東北林業大學學報，1994，22（4）：81-85.

[2]陳勇，王世耕.新型汽車制動閥靜特性自動測試系統[J].重慶大學學報（自然科學版），2006，29（1）：19-21.

[3]黎啟柏，盧廣權.氣體泄漏檢測方法及其工程應用[J].機床與液壓，2005（11）.

[4]馬恩，王常清.氣制動閥靜特性試驗方法的研究[J].拖拉機與農用運輸車，1999（3）：9-13.

[5]馬恩，李素敏.膜片式氣制動閥靜動特性[J].機械工程學報，2005，41（9）：62-65.

[6]張丙才，劉琳.基于Labview的數據采集與信號處理[J].儀表技術與傳感器，2007（12）：74-75.