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作者:
劉 繼勝 -
一． 引言
對于國產(chǎn)車企而言，動力總成等汽車關(guān)鍵核心技術(shù)一直是我們的短板，變速器部分同樣也不例外，在以大眾汽車為首的合資品牌紛紛推出自己的雙離合變速器的時候，國產(chǎn)車的4AT、5AT明顯顯得有些落后，在技術(shù)上的努力和突破對于自主品牌而言顯得尤為重要。同時近幾年自動擋車型的銷量逐步上升，于此同時，處于燃油經(jīng)濟(jì)性的考慮，更加省油高效的自動變速器的需求也在日益增長。這些都促使自主品牌對DCT變速器的研發(fā)成為志在必行之事。電磁閥作為DCT變速箱內(nèi)部的關(guān)鍵元器件其性能的好壞直接影響變速箱的性能。電磁閥測試試驗臺需要在實驗臺架上模擬實車用電磁閥的工況，通過數(shù)據(jù)采集、分析、判斷電磁閥性能的各項指標(biāo)，以達(dá)到更優(yōu)化ＤＣＴ變速箱的設(shè)計。
二． 電磁閥測控系統(tǒng)的設(shè)計背景和開發(fā)理念
ＤＣＴ變速箱內(nèi)電磁閥如圖１所示，汽車正常工作時，ＴＣＵ發(fā)出命令控制電磁閥，通過對變速箱內(nèi)部電磁閥的電流控制達(dá)到換擋及潤滑的要求，電磁閥在不同的溫度環(huán)境下，其Ｐ－Ｉ，Ｑ－Ｉ特性會有不同的表現(xiàn)形式。在實車上應(yīng)用時，要求電磁閥響應(yīng)快，可靠性高。
圖１ ＤＣＴ變速箱內(nèi)部電磁閥
系統(tǒng)開發(fā)理念：為了盡可能的模擬實車的工況，測控系統(tǒng)必須搭建和實車一樣的工作環(huán)境，因此該測控系統(tǒng)必須滿足三個基本的條件——溫度、流量、壓力。為此液壓站的產(chǎn)生就成了測控系統(tǒng)的必然，由液壓站提供和實車類似的油源。在環(huán)境條件建立完成后，對于電磁閥閥控制需要有電流控制器，以便發(fā)出和ＴＣＵ功能一致的控制電流，通過對電磁閥的電流控制，達(dá)到換擋及潤滑的要求。最后通過ＮＩ的高速數(shù)據(jù)采集卡，充分利用ＮＩ系統(tǒng)的實時采集功能對采集到的電流、流量、壓力三個重要的參數(shù)進(jìn)行曲線擬合，數(shù)據(jù)分析，來判斷電磁閥性能的要求。
三． 電磁閥測控系統(tǒng)的整體設(shè)計
電磁閥測控系統(tǒng)包括液壓站、機械臺架、電控柜、操作柜共４個部分組成。設(shè)備組成結(jié)構(gòu)圖如圖２所示
圖２ 設(shè)備構(gòu)成圖
液壓站提供液壓動力源，模擬實車內(nèi)油泵的工況
機械臺架提供被測件的工作平臺，包括管路、傳感器、工裝的安裝平臺
控制柜為電機等提供動力
操作柜為圖表顯示、被測對象的控制、數(shù)據(jù)的采集及處理
3.1 硬件的總體設(shè)計
本系統(tǒng)采用 PXI 總線，在硬件資源方面采用基于 PXI 總線功能強大的模塊化虛擬儀器，充分發(fā)揮了 PXI 總線的優(yōu)勢，從而為電磁閥進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的測試提供硬件保障。測試系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主控單元主要對信號進(jìn)行處理和分析，信號輸出部分是給被測對象提供激勵信號，信號采集部分是采集被測板卡的輸出信號，信號調(diào)理板是對信號進(jìn)行調(diào)理及接口轉(zhuǎn)換，電源部分是給被測試板卡、數(shù)字板卡及轉(zhuǎn)接板供電。
為了實現(xiàn)高精度電磁閥及閥體控制特性的測量試驗，實驗臺在設(shè)計初期的選型階段就注意對測量設(shè)備以及傳感器的精度要求，例如本實驗臺采用了德國KEM高精度質(zhì)量流量計、Kulite壓力傳感器等，這些精度比較高的傳感器的選用能夠極大地提高實驗臺的測控精度。
系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖 ３ 所示。
圖３ 測控結(jié)構(gòu)圖
本系統(tǒng)硬件主要包括UPS，３塊測控板卡，一個 PXI 總線機箱，一個工控機，和一臺打印機等。PXI 總線機箱里的板卡可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信號輸出，頻率采集，上層軟件采用 LABVIEW 進(jìn)行編程，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化測試，上位機實現(xiàn)人機交互界面，打印機可以將測試結(jié)果進(jìn)行打印輸出。
3.2 軟件的總體設(shè)計
本測試系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、儀器配置、測試激勵的產(chǎn)生、響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集、測試結(jié)果的判斷、故障定位和報表生成等，都是在系統(tǒng)軟件的控制下完成的。本測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計遵循模塊化設(shè)計原則，采用 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境進(jìn)行編程，采用軟件編程方式極大限度的對硬件資源進(jìn)行配置和使用，使系統(tǒng)的通用型、可重用性以及可拓展性得到極大的提高，設(shè)計了豐富的人機交互界面，保證試驗操作直觀簡單，并且能實時顯示測試數(shù)據(jù)、定位故障回路。
本測試軟件主要由上位機軟件和下位機軟件兩部分構(gòu)成。上位機軟件主要完成數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設(shè)定及控制命令的發(fā)出。下位機軟件主要完成傳感器信號的采集、數(shù)據(jù)的處理及激勵信號的生成。上下位機的數(shù)據(jù)傳輸使用ＮＩ流行的共享變量的方式。共享變量的信號傳輸方式有編程簡單，傳輸速率高的特點。
下位機軟件在整個測試軟件中占有極其重要的作用，當(dāng)然最復(fù)雜的也是下位機軟件，其主要有三大部分組成：ＡＩＯ部分、ＤＩＯ部分及邏輯控制部分。其中的邏輯控制部分的流程圖如下圖所示，
圖 ４ 軟件流程圖
四． 測試系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)及成果展示
下面從模擬量測量及輸出詳細(xì)論述利用 NI 公司 PXI 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及 LabVIEW 圖形化開發(fā)平臺開發(fā)電磁閥測試過程。
4.1 模擬量測量
模擬量測量主要是指傳感器信號的采集，在電磁閥測試系統(tǒng)中選擇的傳感器都是輸出0—10V電壓標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器。對于這類的傳感器無需信號變換即可輸入到NI PXI 6225 采集模塊中。模擬量采集如下圖 5 所示：
圖 5 模擬量采集功能框圖
對于傳感器信號的接線方式，使用了差分接法，對抑制干擾起到了很好的作用，同時因電磁閥需要做微觀性能分析，其通道的采樣率設(shè)定為6K，這樣就很好的保證了測量的準(zhǔn)確性及微觀分析要求。
4.2 模擬量輸出
模擬量輸出是指電磁閥激勵信號的輸出，通過NI PXI 6723板卡輸出0—10V電壓信號驅(qū)動電磁閥控制器，電磁閥控制器輸出一個根據(jù)要求信號生成的電流信號來控制電磁閥，通過上位機來觀察電磁閥在不同的激勵電流下的波形曲線。模擬量控制程序如下圖所示：
圖6 模擬量輸出功能框圖
4.3 人機交互界面開發(fā)
系統(tǒng)軟件界面如圖7 所示：
圖 7 電磁閥測控系統(tǒng)主界面
其操作功能包括：
(1) 開始運行：進(jìn)入測試系統(tǒng)，開始采集傳感器信號；
(2) 實驗開始：對被測件的各項工況設(shè)定完成后，開始進(jìn)行電磁閥實驗；
(3) 數(shù)據(jù)保存：點擊該按鈕，數(shù)據(jù)將以TDMS的格式保存在硬盤中； (4) 退出：退出測控程序。
4.4 實驗數(shù)據(jù)
本測試系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)都是以TDMS格式存儲在上位機，然后導(dǎo)入到DIAdem軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如下圖所示：
圖8 數(shù)據(jù)記錄及分析
五． 結(jié)論
采用 PXI系統(tǒng)為硬件測試平臺，通過對電磁閥測試系統(tǒng)的技術(shù)需求分析和對測試系統(tǒng)的組成原理的研究，完成了測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計及系統(tǒng)信號調(diào)理板的設(shè)計。軟件設(shè)計方面， 采用 LabVIEW 軟件遵循模塊化設(shè)計方法， 完成了測試程序及測試界面的設(shè)計，人機交互可視化界面的設(shè)計，包括系統(tǒng)啟動初始化界面、試驗實施界面、手動測試界面，管理主數(shù)據(jù)界面等。測試人員通過對人機交互界面的操作，可以實現(xiàn)對測試子程序的調(diào)用，最終完成對電路板的測試，同時可對測試結(jié)果進(jìn)行保存和打印。實際的測試結(jié)果驗證了本系統(tǒng)的可行性與可靠性，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。NI 公司提供的軟硬件產(chǎn)品為電磁閥性能的研究及DCT變速箱的開發(fā)提供了高效、便捷和靈活的支持，縮短了開發(fā)的周期，受到用戶的一致好評。
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