用​实​时​采集​系统​实现​对​车​用​电磁​阀​性能​的​微观​测试

刘 继​胜,

"电磁​阀​作为​DCT​变速箱​内部​的​关键​元​器件​其​性能​的​好坏​直接​影响​变速箱​的​性能。​电磁​阀​测试​试验​台​需要​在​实验​台​架上​模拟​实​车​用​电磁​阀​的​工​况,​通过​数据​采集、​分析、​判断​电磁​阀​性能​的​各​项​指标,​以​达到​更​优​化​DCT​变速箱​的​设计。"

- 刘 继​胜,

挑战:

DCT (Dual Clutch Transmission)​变速箱​对​国内​的​汽车​制造​厂家​来说​是​一个​新鲜​的​事物,​中国​目前​能​自主​研发​DCT​变速箱​的​厂家​很少,​相应​的​DCT​变速箱​内​重要​部件​——​电磁​阀​的​测试​设备​也就​显得​非常​重要。​电磁​阀​测试​设备​是​整个​DCT​变速箱​研发​项目​中​关键​的​测试​设备,​目前​世界上​电磁​阀​测试​设备​做的​比较​成熟​的​主要是​德国、​日本​的​公司。​对于​国内​企业​来说​做​这样​的​设备​的是​一个​挑战,​做好​这样​的​设备​对​民族​汽车​工业​来说​也​会​起​到​促进​的​作用。 电磁​阀​性能​试验​台​用于​电磁​阀​总​成​在​不同​温度​和​不同​流量​及​压力​条件下​通过​控制​阀​体​电流​从而​控制​电磁​阀​的​输出​流量​及​压力​的​高​精度​试验​设备。​通过​对​电磁​阀​电流、​压力、​流量​信号​的​高速​采集,​依据​图表​及​数据​分析​的​方式​来​对​电磁​阀​的​动作​性能​以及​电磁​阀​的​稳定​性、​迟​滞、​重复​性的​分析​研究。

解决​方案:

试验​台​系统​选用​变频​电机​及​油泵​给​电磁​阀​及​阀​体​供​油,​尽可能​模拟​电磁​阀​及​阀​体​在​汽车​运行​环境​中的​真实​状态。​设备​由​电磁​阀​供​油​部分、​电磁​阀​控制​部分​及​测试​系统​三​部分​构成,​系统​通过​使用​计算​机​及​相关​试验​运行​软件​对​各​部分​进行​集中​测试​与​控制。​另外,​由​试验​得到​的​庞大​数据​由​数据​处理​程序​进行​解析、​实施​一次​性​处理​后传​送给​用户。

一.  引言

对于​国产​车​企​而言,​动力​总​成​等​汽车​关键​核心​技术​一直是​我们​的​短​板,​变速​器​部分​同样​也不​例外,​在​以​大众​汽车​为首​的​合资​品牌​纷纷​推出​自己​的​双​离合​变速​器​的​时候,​国产​车​的​4AT、​5AT​明显​显得​有些​落后,​在​技术​上​的​努力​和​突破​对于​自主​品牌​而言​显得​尤​为​重要。​同时​近​几年​自动​挡​车​型​的​销量​逐步​上升,​于​此​同时,​处于​燃油​经济​性的​考虑,​更加​省油​高效​的​自动​变速​器​的​需求​也在​日益增长。​这些​都​促使​自主​品牌​对​DCT​变速​器​的​研发​成为​志​在​必​行​之事。​电磁​阀​作为​DCT​变速箱​内部​的​关键​元​器件​其​性能​的​好坏​直接​影响​变速箱​的​性能。​电磁​阀​测试​试验​台​需要​在​实验​台​架上​模拟​实​车​用​电磁​阀​的​工​况,​通过​数据​采集、​分析、​判断​电磁​阀​性能​的​各​项​指标,​以​达到​更​优​化​DCT​变速箱​的​设计。

 

二.  电磁​阀​测​控​系统​的​设计​背景​和​开发​理念

DCT​变速箱​内​电磁​阀​如​图​1​所​示,​汽车​正常​工作​时,​TCU​发出​命令​控制​电磁​阀,​通过​对​变速箱​内部​电磁​阀​的​电流​控制​达到​换​挡​及​润滑​的​要求,​电磁​阀​在​不同​的​温度​环境​下,​其​P​-​I,​Q​-​I​特性​会​有​不同​的​表现​形式。​在​实​车​上​应用​时,​要求​电磁​阀​响应​快,​可靠性​高。

 

系统​开发​理念:​为了​尽可能​的​模拟​实​车​的​工​况,​测​控​系统​必须​搭建​和​实​车​一样​的​工作​环境,​因此​该​测​控​系统​必须​满足​三​个​基本​的​条件​——​温度、​流量、​压力。​为此​液压​站​的​产生​就​成了​测​控​系统​的​必然,​由​液压​站​提供​和​实​车​类似​的​油​源。​在​环境​条件​建立​完成后,​对于​电磁​阀​阀​控制​需要​有​电流​控制器,​以便​发出​和​TCU​功能​一致​的​控制​电流,​通过​对​电磁​阀​的​电流​控制,​达到​换​挡​及​润滑​的​要求。​最后​通过​NI​的​高速​数据​采集​卡,​充分利用​NI​系统​的​实​时​采集​功能​对​采集​到​的​电流、​流量、​压力​三​个​重要​的​参数​进行​曲线​拟​合,​数据​分析,​来​判断​电磁​阀​性能​的​要求。

 

三.  电磁​阀​测​控​系统​的​整体​设计

电磁​阀​测​控​系统​包括​液压​站、​机械​台​架、​电​控​柜、​操作​柜​共​4​个​部分​组成。​设备​组成​结构​图​如​图​2​所示

 

 

 

液压​站​提供​液压​动力​源,​模拟​实​车​内​油泵​的​工况

机械​台​架​提供​被​测​件​的​工作​平台,​包括​管路、​传感器、​工​装​的​安装​平台

控制​柜​为​电机​等​提供​动力

操作​柜​为​图表​显示、​被​测​对象​的​控制、​数据​的​采集​及​处理

 

3.1  硬件​的​总体​设计

本​系统​采用 PXI 总​线,​在​硬件​资源​方面​采用​基于 PXI 总​线​功能​强大​的​模​块​化​虚拟​仪器,​充分​发挥​了 PXI 总​线​的​优势,​从而​为​电磁​阀​进行​准确、​快速​的​测试​提供​硬件​保障。​测试​系统​主要​由​以下​几​部分​组成:​主​控​单元​主要​对​信号​进行​处理​和​分析,​信号​输出​部分​是​给​被​测​对象​提供​激励​信号,​信号​采集​部分​是​采集​被​测​板​卡​的​输出​信号,​信号​调理​板​是​对​信号​进行​调理​及​接口​转换,​电源​部分​是​给​被​测试​板​卡、​数字​板​卡​及​转​接​板​供电。

 

为了​实现​高​精度​电磁​阀​及​阀​体​控制​特性​的​测量​试验,​实验​台​在​设计​初期​的​选​型​阶段​就​注意​对​测量​设备​以及​传感器​的​精度​要求,​例如​本​实验​台​采用​了​德国​KEM​高​精度​质量​流量​计、​Kulite​压力​传感器​等,​这些​精度​比较​高​的​传感器​的​选用​能够​极大​地​提高​实验​台​的​测​控​精度。

 

系统​总体​设计​结构​如​图 3 所​示。

 

本​系统​硬件​主要​包括​UPS,​3​块​测​控​板​卡,​一个 PXI 总​线​机​箱,​一个​工​控​机,​和​一台​打印​机​等。​PXI 总​线​机​箱​里​的​板​卡​可以​实现​数据​采集、​信号​输出,​频率​采集,​上层​软件​采用 LABVIEW 进行​编​程,​实现​系统​的​自动​化​测试,​上位​机​实现​人​机​交互​界面,​打印​机​可以​将​测试​结果​进行​打印​输出。

 

3.2  软件​的​总体​设计

本​测试​系统​的​参数​设定、​仪器​配置、​测试​激励​的​产生、​响应​数据​的​采集、​测试​结果​的​判断、​故障​定位​和​报表​生成​等,​都是​在​系统​软件​的​控制​下​完成​的。​本​测试​系统​的​软件​设计​遵循​模​块​化​设计​原则,​采用 LabVIEW 开发​环境​进行​编​程,​采用​软件​编​程​方式​极大​限度​的​对​硬件​资源​进行​配置​和​使用,​使​系统​的​通用​型、​可​重用​性​以及​可​拓展​性​得到​极大​的​提高,​设计​了​丰富​的​人​机​交互​界面,​保证​试验​操作​直观​简单,​并且​能​实​时​显示​测试​数据、​定位​故障​回路。

 

本​测试​软件​主要​由​上位​机​软件​和​下位​机​软件​两​部分​构成。​上位​机​软件​主要​完成​数据​显示、​数据​存储、​参数​设定​及​控制​命令​的​发出。​下位​机​软件​主要​完成​传感器​信号​的​采集、​数据​的​处理​及​激励​信号​的​生成。​上下​位​机​的​数据​传输​使用​NI​流行​的​共享​变量​的​方式。​共享​变量​的​信号​传输​方式​有​编​程​简单,​传输​速率​高​的​特点。 

 

下位​机​软件​在​整个​测试​软件​中​占有​极其​重要​的​作用,​当然​最​复杂​的​也是​下位​机​软件,​其​主要​有三​大部分​组成:​AIO​部分、​DIO​部分​及​逻辑​控制​部分。​其中​的​逻辑​控制​部分​的​流程​图​如下​图​所​示,

 

 

 

四.  测试​系统​开发​实现​及​成果​展示

下面​从​模拟​量​测量​及​输出​详细​论述​利用 NI 公司 PXI 数据​采集​系统​以及 LabVIEW 图形​化​开发​平台​开发​电磁​阀​测试​过程。

 

4.1  模拟​量​测量

模拟​量​测量​主要是​指​传感器​信号​的​采集,​在​电磁​阀​测试​系统​中​选择​的​传感器​都是​输出​0​—​10V​电压​标准​信号​的​传感器。​对于​这类​的​传感器​无​需​信号​变换​即可​输入​到​NI PXI 6225 采集​模​块​中。​模拟​量​采集​如下​图 5 所​示:

 

对于​传感器​信号​的​接​线​方式,​使用​了​差分​接​法,​对​抑制​干扰​起​到了​很好​的​作用,​同时​因​电磁​阀​需要​做​微观​性能​分析,​其​通道​的​采样​率​设定​为​6K,​这样​就​很好​的​保证​了​测量​的​准确​性​及​微观​分析​要求。

 

4.2  模拟​量​输出

     模拟​量​输出​是​指​电磁​阀​激励​信号​的​输出,​通过​NI PXI 6723​板​卡​输出​0​—​10V​电压​信号​驱动​电磁​阀​控制器,​电磁​阀​控制器​输出​一个​根据​要求​信号​生成​的​电流​信号​来​控制​电磁​阀,​通过​上位​机​来​观察​电磁​阀​在​不同​的​激励​电流​下​的​波形​曲线。​模拟​量​控制​程序​如下​图​所​示:

 

 

 

4.3  人​机​交互​界面​开发

系统​软件​界面​如​图​7 所​示:

 

其​操作​功能​包括:

(1)  开始​运行:​进入​测试​系统,​开始​采集​传感器​信号;

(2)  实验​开始:​对​被​测​件​的​各​项​工​况​设定​完成后,​开始​进行​电磁​阀​实验;

(3)  数据​保存:​点​击​该​按钮,​数据​将​以​TDMS​的​格式​保存​在​硬盘​中;            (4)  退出:​退出​测​控​程序。

 

4.4  实验​数据

   本​测试​系统​采集​的​数据​都是​以​TDMS​格式​存储​在​上位​机,​然后​导入​到​DIAdem​软件​中​进行​数据​分析,​如下​图​所​示:

 

 

 

五.  结论

采用 PXI​系统​为​硬件​测试​平台,​通过​对​电磁​阀​测试​系统​的​技术​需求​分析​和​对​测试​系统​的​组成​原理​的​研究,​完成​了​测试​系统​的​硬件​设计​及​系统​信号​调理​板​的​设计。​软件​设计​方面, 采用 LabVIEW  软件​遵循​模​块​化​设计​方法, 完成​了​测试​程序​及​测试​界面​的​设计,​人​机​交互​可​视​化​界面​的​设计,​包括​系统​启动​初始​化​界面、​试验​实施​界面、​手​动​测试​界面,​管理​主​数据​界面​等。​测试​人员​通过​对​人​机​交互​界面​的​操作,​可以​实现​对​测试​子​程序​的​调​用,​最终​完成​对​电路​板​的​测试,​同时​可​对​测试​结果​进行​保存​和​打印。​实际​的​测试​结果​验证​了​本​系统​的​可行性​与​可靠性,​达到​了​预期​的​设计​目标。​NI 公司​提供​的​软​硬件​产品​为​电磁​阀​性能​的​研究​及​DCT​变速箱​的​开发​提供​了​高效、​便捷​和​灵活​的​支持,​缩短​了​开发​的​周期,​受到​用户​的​一致​好​评。

 

作者​信息:

刘 继胜

图​1  ​DCT​变速箱​内部​电磁​阀
图2  设备​构成​图
图​3  ​测​控​结构​图
图 4 ​软件​流程​图
图 5 ​模拟​量​采集​功能​框​图
图​6 ​模拟​量​输出​功能​框​图
图 7 电磁​阀​测​控​系统​主​界面
图​8 ​数据​记录​及​分析