作者:
劉 繼勝 -

一．  引言

對(duì)于國產(chǎn)車企而言，動(dòng)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(shí)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(duì)于自主品牌而言顯得尤為重要。同時(shí)近幾年自動(dòng)擋車型的銷量逐步上升，于此同時(shí)，處于燃油經(jīng)濟(jì)性的考慮，更加省油高效的自動(dòng)變速器的需求也在日益增長。這些都促使自主品牌對(duì)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(cè)試試驗(yàn)臺(tái)需要在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上模擬實(shí)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(xiàng)指標(biāo)，以達(dá)到更優(yōu)化ＤＣＴ變速箱的設(shè)計(jì)。

二．  電磁閥測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)，ＴＣＵ發(fā)出命令控制電磁閥，通過對(duì)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(huì)有不同的表現(xiàn)形式。在實(shí)車上應(yīng)用時(shí)，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(shí)車的工況，測(cè)控系統(tǒng)必須搭建和實(shí)車一樣的工作環(huán)境，因此該測(cè)控系統(tǒng)必須滿足三個(gè)基本的條件——溫度、流量、壓力。為此液壓站的產(chǎn)生就成了測(cè)控系統(tǒng)的必然，由液壓站提供和實(shí)車類似的油源。在環(huán)境條件建立完成后，對(duì)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(duì)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(shí)時(shí)采集功能對(duì)采集到的電流、流量、壓力三個(gè)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(cè)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

電磁閥測(cè)控系統(tǒng)包括液壓站、機(jī)械臺(tái)架、電控柜、操作柜共４個(gè)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(dòng)力源，模擬實(shí)車內(nèi)油泵的工況

機(jī)械臺(tái)架提供被測(cè)件的工作平臺(tái)，包括管路、傳感器、工裝的安裝平臺(tái)

控制柜為電機(jī)等提供動(dòng)力

操作柜為圖表顯示、被測(cè)對(duì)象的控制、數(shù)據(jù)的采集及處理

3.1  硬件的總體設(shè)計(jì)

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(qiáng)大的模塊化虛擬儀器，充分發(fā)揮了 PXI 總線的優(yōu)勢(shì)，從而為電磁閥進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的測(cè)試提供硬件保障。測(cè)試系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主控單元主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，信號(hào)輸出部分是給被測(cè)對(duì)象提供激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)采集部分是采集被測(cè)板卡的輸出信號(hào)，信號(hào)調(diào)理板是對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理及接口轉(zhuǎn)換，電源部分是給被測(cè)試板卡、數(shù)字板卡及轉(zhuǎn)接板供電。

為了實(shí)現(xiàn)高精度電磁閥及閥體控制特性的測(cè)量試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)在設(shè)計(jì)初期的選型階段就注意對(duì)測(cè)量設(shè)備以及傳感器的精度要求，例如本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用了德國KEM高精度質(zhì)量流量計(jì)、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(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控精度。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 ３ 所示。

　　　　　　　　　　　　　　圖３　測(cè)控結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)硬件主要包括UPS，３塊測(cè)控板卡，一個(gè) PXI 總線機(jī)箱，一個(gè)工控機(jī)，和一臺(tái)打印機(jī)等。PXI 總線機(jī)箱里的板卡可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)輸出，頻率采集，上層軟件采用 LABVIEW 進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，打印機(jī)可以將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行打印輸出。

3.2  軟件的總體設(shè)計(jì)

本測(cè)試系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、儀器配置、測(cè)試激勵(lì)的產(chǎn)生、響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集、測(cè)試結(jié)果的判斷、故障定位和報(bào)表生成等，都是在系統(tǒng)軟件的控制下完成的。本測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)遵循模塊化設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)了豐富的人機(jī)交互界面，保證試驗(yàn)操作直觀簡(jiǎn)單，并且能實(shí)時(shí)顯示測(cè)試數(shù)據(jù)、定位故障回路。

本測(cè)試軟件主要由上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分構(gòu)成。上位機(jī)軟件主要完成數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)定及控制命令的發(fā)出。下位機(jī)軟件主要完成傳感器信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的處理及激勵(lì)信號(hào)的生成。上下位機(jī)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(hào)傳輸方式有編程簡(jiǎn)單，傳輸速率高的特點(diǎn)。　

下位機(jī)軟件在整個(gè)測(cè)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(jī)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(cè)試系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)及成果展示

下面從模擬量測(cè)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(tái)開發(fā)電磁閥測(cè)試過程。

4.1  模擬量測(cè)量

模擬量測(cè)量主要是指?jìng)鞲衅餍盘?hào)的采集，在電磁閥測(cè)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(hào)的傳感器。對(duì)于這類的傳感器無需信號(hào)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(duì)于傳感器信號(hào)的接線方式，使用了差分接法，對(duì)抑制干擾起到了很好的作用，同時(shí)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(cè)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(lì)信號(hào)的輸出，通過NI PXI 6723板卡輸出0—10V電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥控制器，電磁閥控制器輸出一個(gè)根據(jù)要求信號(hào)生成的電流信號(hào)來控制電磁閥，通過上位機(jī)來觀察電磁閥在不同的激勵(lì)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(jī)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(cè)控系統(tǒng)主界面

其操作功能包括：

(1)  開始運(yùn)行：進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)，開始采集傳感器信號(hào)；

(2)  實(shí)驗(yàn)開始：對(duì)被測(cè)件的各項(xiàng)工況設(shè)定完成后，開始進(jìn)行電磁閥實(shí)驗(yàn)；

(3)  數(shù)據(jù)保存：點(diǎn)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(cè)控程序。

4.4  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

   本測(cè)試系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)都是以TDMS格式存儲(chǔ)在上位機(jī)，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(cè)試平臺(tái)，通過對(duì)電磁閥測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)需求分析和對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的組成原理的研究，完成了測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)信號(hào)調(diào)理板的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)方面， 采用 LabVIEW  軟件遵循模塊化設(shè)計(jì)方法， 完成了測(cè)試程序及測(cè)試界面的設(shè)計(jì)，人機(jī)交互可視化界面的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)啟動(dòng)初始化界面、試驗(yàn)實(shí)施界面、手動(dòng)測(cè)試界面，管理主數(shù)據(jù)界面等。測(cè)試人員通過對(duì)人機(jī)交互界面的操作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試子程序的調(diào)用，最終完成對(duì)電路板的測(cè)試，同時(shí)可對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行保存和打印。實(shí)際的測(cè)試結(jié)果驗(yàn)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(jì)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(píng)。