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基于Labview平台车载电磁阀自动测试系统的设计与实现

作者:周胜良 刘雪 高四宏时间:2015-12-09来源:电子产品世界收藏
编者按:介绍了汽车变速箱用电磁阀自动测试系统的工作原理和系统组成,分析流量电磁阀和压力电磁阀的静态、动态和闭环测试方法,引入模块化设计细想,对系统硬件和软件进行模块化设计,开发了集传感器技术,计算机软硬件技术和虚拟仪器技术于一体的自动测试系统。试验结果证明,该测试平台功能齐全、通用性好、测试精度高、扩展和维护方便。

摘要:介绍了汽车变速箱用自动测试系统的工作原理和系统组成,分析流量和压力的静态、动态和闭环测试方法,引入模块化设计细想,对系统硬件和软件进行模块化设计,开发了集传感器技术,计算机软硬件技术和技术于一体的自动测试系统。试验结果证明,该测试平台功能齐全、通用性好、测试精度高、扩展和维护方便。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/283529.htm

引言

  汽车产业一直被列为国家的支柱产业。近年来,国内汽车产业发展迅猛,至2009年已突破年产1000万量的大关。汽车变速箱电磁阀为汽车自动变速箱或手自一体变速箱液压执行装置中的关键部件,其作用是根据发动机和底盘传动系统的负载状况,对油泵输出到各执行机构的油压加以控制,以控制各离合器和制动器的结合与分离实现自动换档。

  电磁阀综合特性测试的测试项目多,测试系统复杂且要求高可靠性和柔性。国际上有较为先进的电磁阀检测设备,可实现对各种型号电磁阀的高精度和高效率自动测试。不足之处是这类检测设备的价格昂贵且设备供应周期和后期维护都较困难[1]。基于实际汽车变速箱电磁阀测试需要,研制一种基于技术的电磁阀自动测试系统,本系统以Labview平台为测试核心,采用模块化的软硬件设计模式,提高测试系统的开发效率,增强系统的可扩展性,大大降低实验成本,从而加快电磁阀测试系统的研制开发速度,是未来电磁阀测试系统的发展趋势[2-3]

1 系统组成和工作原理

  电磁阀自动测试系统可完成汽车变速箱流量电磁阀和压力电磁阀两种类型电磁阀多个试验项目的测试工作,测试系统以Labview平台为控制及测试核心,由计算机测试系统,模块,模块,传感器信号测试模块组成,在软硬件配合下完成电磁阀静态,动态和功能。

  计算机测试系统利用Labview强大的信号分析处理功能,实现虚拟信号发生器、信号采集、数字滤波、曲线拟合、参数计算、在模块、模块、传感器信号特性测试模块等硬件的配合下,实现流量电磁阀、压力电磁阀的静态特性、动态特性和闭环特性分析,分析结果以曲线形式显示输出,并根据需要实现试验数据的保存,打印及报表输出。图1是测试系统功能结构图。

2 模块设计

  在静态和动态测试中,液压油经过液压泵加压后,再经流量传感器或压力传感器流入到电磁阀,油液从电磁阀的出口经过压力传感器最后回到油源。

  静态特性测试时,计算机系统虚拟信号发生器输出三角波信号,经恒流源模块输出给电磁阀线圈,驱动电磁阀工作。进行动态特性测试时,计算机测试系统输出方波信号,经恒流源模块输出给电磁阀线圈。电流信号测试模块将阀线圈电流信号调理成对应比例的电压信号后,输出给计算机测试系统采集。流量信号测试模块负责流量阀测试,在进行流量电磁阀测试时,流量信号测试模块将液压系统中的流量传感器输出信号调理成等比例流量信号后,输出给计算机测试系统采集。同样地,压差信号测试模块负责压力阀测试,测试时,压差信号测试模块将A、B腔压力传感器输出信号调理成等比例压力差信号后,输出给计算机测试系统采集。图2是静/动态特性测试功能结构图。下面对各主要模块做详细介绍。

  恒流源模块是静/动态测试的关键,本文选取了体积小、效率高,电流调节范围宽的集成电路恒流源为电磁阀提供恒定电流[4],其主要元件是功率运算放大器,功率运算放大器是集成运算放大器的一种,一般的集成运放输出电流较小,难以提供大功率驱动阻抗大于3Ω的负载。功率运放特指能够输出大功率驱动负载的运放。文中选用MSK公司的军级MSK541B功率运算放大器构成悬浮负载恒流源,图3是悬浮负载恒流源电路图。其输出电流最高可达10A,远超过系统测试的最高要求。

  流量和压力电磁阀静态测试时,均需三角波信号,所以对恒流源模块的线性度要求较高,图4是恒流源模块线性度测试曲线,由图4可知,恒流源电流输出能力在5A以上,电路能够保持非常好的线性度,非线性误差<1‰,远高于测试需求。

  流量信号测试模块由“F/V变换”+“比例调节”+“零位调节”+“显示仪表”+“同相跟随”组成,首先用F/V变换电路将流量计输出的频率信号转换成易于采集的电压信号,比例调节电路将电压信号与流量信号调节成1:1比例,那么电压值就可以直接反应对应的流量值,本系统流量测量范围可达0~100L/min。显示仪表采用高精度数字显示仪表,放置于整个系统的前面板,方便调试时数据观察。

  压差信号测试模块由 两个“I/V变换” + “减法器”+ “比例调节”+“低通滤波”+“显示仪表”+“同相跟随”组成。压力传感器的输出信号为(4-20)mA电流信号,首先用I/V变换模块将A腔和B腔压力传感器的输出信号转换成电压信号,减法器电路将两电压值做差值后输出,比例调节模块将电压值与压力差信号调节成1:1比例,那么电压值就可以直接反应AB腔的压力差值。因液压系统中压力传感器的输出电流回路与其供电回路共地,更易受到干扰,所以必须加入有源滤波环节,截止频率设置为5Hz,这样可有效滤除各种干扰,保证采集信号的精度。

3 闭环特性测试模块设计

  闭环测试时,计算机测试系统虚拟信号发生器输出偏置的三角波信号Vrp,同时采集位移传感器输出信号Vsp,闭环信号调理模块首先将两信号接入减法器电路,对两信号做差得 ,再对信号进行K倍(K值可调)放大,然后对放大后的电压信号进行反向,再叠加一个2V电压,闭环信号调理模块将两电压信号调理成 后输出,但此时的信号是无功率的电压信号,无法驱动电磁阀线圈工作,恒压驱动电路将调理后的电压信号进行功率放大后,输出给电磁阀线圈。图5是闭环特性测试功能结构图。

  传统的电流测试电路采用在负载回路串接采样电阻,测量采样电阻两端电压换算成回路中的电流值,因阀线圈为感性元件,若在其回路中串入采样电阻,将影响整个回路的时间响应,模块(LEM模块)很好的解决了这个问题。

  LEM模块由原边导体、集磁环、付边线圈和放大电路等组成。它的原理是基于霍尔效应,是模块化的有源电流传感器,它把普通互感器与霍尔元件、电子线路有机地结合起来,充分发挥了普通互感测量范围宽的长处和电子线路反应速度快的优势[5],同时传感器电路由于与被测电路是隔离的,因此LEM模块的接入对被测电路的影响可以忽略不计。



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