基于虚拟仪器的气制动阀性能自动检测系统

摘 要：通过对气制动阀静特性、动特性的工作原理及性能测试方法的分析，根据国家标准和企业测试指导，设计一套基于虚拟仪器的气制动阀性能自动检测系统，融入对其上腔提前量、动态反应时间等特征参数的检测。该系统通过PC控制系统实现双工位独立检测，提高测试效率，采用Labview图形化编程软件，结合数据采集与伺服运动模块，实现气制动阀静态特性及动态特性参数的在线检测。结果表明：该系统可有效地对气制动阀性能进行在线检测，测试误差小于0.2 kPa，测试节拍约为120 s，操作便捷。

关键词：气制动阀 性能检测 虚拟仪器

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（c）-0040-03

随着汽车技术的飞速发展，对行车安全的要求越加严格。因此，作为制动系统的执行机构，气制动阀性能的好坏直接关系整个制动系统是否正常工作，直接关乎行车安全性。目前国内针对气制动阀性能测试的检测平台，有基于MCS-51单片机的气制动阀微机测控系统[1]，有基于C++的制动阀静特性自动测试系统[2]等。文中设计的检测系统在保证与现有测试设备同精度的前提下，对其性能测试方法展开深入研究，融入初始位检测、上腔提前量等特性参数测量与分析功能，完善了气制动阀综合性能的测试，可选择性地针对其动特性、静特性进行测试。利用数据采集系统与伺服控制系统来构成系统的硬件单元，以LabVIEW软件为开发平台，设计了气制动阀性能检测系统。

1 气制动阀测试原理分析

在制动系统中，气制动阀的作用在于实现制动过程和释放过程中灵敏的随动控制，即输出气压与输入控制信号――推杆行程与推杆力――成一定的函数关系，其性能检测包括动特性、静特性这两方面。

1.1 性能测试原理

1.1.1 静态特性

1.1.2 动态特性

动特性是研究制动与制动解除时输出气压与时间的变化关系，通过加载气缸的快速开启与关闭模拟制动及制动解除时踏板行程快速推进及退回两种制动状态[5]，模拟紧急制动时气制动阀的快速反应能力。

测试原理：控制加载气缸动作，使推杆以最快速度运动至全行程，且到达全制动状态后迅速退回至初始位置，绘制压力-时间曲线，并给出动态反应时间值t，反应时间为排气口初始气压为20 kPa至最大额定工作气压的变化时间。

1.2 系统工作原理

高压气源经过滤器，由调压阀降至1 MPa输入10 L储气罐中以供测试所用。测试时，电气比例阀输出额定工作气压至1L储气罐，测试气体由进气口输入被测气制动阀，再经排气口排入0.4 L储气罐中，伺服加载模块模拟实际制动作业推动推杆，气压传感器实时采集气压信号。测试结束后，打开常闭电磁阀将测试气体排空。

2 系统总体设计

检测系统由硬件和软件两大模块构成，硬件部分包括气路、数据采集与控制模块、伺服加载模块及工控计算机系统等。软件作为系统的核心，负责测试过程中各硬件模块间的协同工作，完成产品的装夹、伺服运动控制及测试数据的采集、处理与分析，并提供数据管理系统以供查阅。

2.1 系统构成

该系统用于实现气制动阀性能在线检测，其工作原理是通过数据采集系统对气压、力及位移信号进行采集与转换，并输入计算机由测试程序进行运算处理分析，同时伺服系统模拟实际制动过程推动，推杆行程由零至最大。

采用PC工控机总线系统，以提供稳定的工作环境，并通过PCI总线和GPIB总线实现对数据采集、运动控制等模块间的相互通信。图1为检测系统的结构原理图。

2.2 数据采集及控制

作为硬件单元核心，数据采集系统由高精度数据采集卡、传感器、信号调整模块及稳压电源等构成。传感器输出非电量信号经信号调整电路转化为标准电压信号，以差分接入形式输送到数据采集卡模拟量通道的输入端，采样信号经16位A/D转换器量化为数字信号后传输至计算机，上位机测试软件对采集数据进行处理分析，采样速率为单通道40k。采集卡数字信号输出模块发出电磁阀控制信号，控制各气缸完成被测阀的装夹及推杆的快速加载。

2.3 伺服加载系统

2.4 软件设计

同传统文本编程语言（如C++）相比，Labview采用图形化的编程方式，基于数据流模型，测试界面更为友好直观，可实现自动多线程技术，并提供功能强大的数据分析与信号处理函数及丰富的图形控件，避免传统文本编程中繁杂的代码，降低编程难度，同时提高编程效率[6]。因此，本文以Labview为平台进行软件开发，实现数据采集处理、精密运动控制、过程监控、产品识别与装夹、测试配置文件设置、数据保存打印回放、系统标定等功能。测试程序由主程序与若干辅助程序构成。

主程序由数据采集与控制模块、伺服运动模块、过程监控模块等构成，其中数据采集及控制模块用于各传感器信号采集、分析处理、显示及电磁阀控制信号的输出，伺服运动模块负责测试过程伺服加载机构的精密运动实现，过程监控模块则实时监控各系统是否正常运转并报警提示。图2为测试流程。

4 结语

在对气制动阀性能测试方法研究的基础上，研制基于虚拟仪器的气制动阀性能检测系统，以“软件为核心”，结合数据采集、运动控制等硬件单元，实现其性能的在线检测。实验表明：系统具有精度高，可靠性强，易操作等特点，测试误差小于0.2 kPa，满足测量精度要求，单次测试节拍约为120 s，符合国家、行业相关气制动阀检测标准及企业测试指导要求。

参考文献

[1] 关强，韩玉杰.双腔气制动阀动静特性的微机测控系统[J].东北林业大学学报，1994，22（4）：81-85.

[2] 陈勇，王世耕.新型汽车制动阀静特性自动测试系统[J].重庆大学学报（自然科学版），2006，29（1）：19-21.

[3] 黎启柏，卢广权.气体泄漏检测方法及其工程应用[J].机床与液压，2005（11）.

[4] 马恩，王常清.气制动阀静特性试验方法的研究[J].拖拉机与农用运输车，1999（3）：9-13.

[5] 马恩，李素敏.膜片式气制动阀静动特性[J].机械工程学报，2005，41（9）：62-65.

[6] 张丙才，刘琳.基于Labview的数据采集与信号处理[J].仪表技术与传感器，2007（12）：74-75.