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作者:
劉 繼勝 -
一． 引言
對于國產車企而言，動力總成等汽車關鍵核心技術一直是我們的短板，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，國產車的4AT、5AT明顯顯得有些落后，在技術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，處于燃油經濟性的考慮，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變速器的研發成為志在必行之事。電磁閥作為DCT變速箱內部的關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，通過數據采集、分析、判斷電磁閥性能的各項指標，以達到更優化ＤＣＴ變速箱的設計。
二． 電磁閥測控系統的設計背景和開發理念
ＤＣＴ變速箱內電磁閥如圖１所示，汽車正常工作時，ＴＣＵ發出命令控制電磁閥，通過對變速箱內部電磁閥的電流控制達到換擋及潤滑的要求，電磁閥在不同的溫度環境下，其Ｐ－Ｉ，Ｑ－Ｉ特性會有不同的表現形式。在實車上應用時，要求電磁閥響應快，可靠性高。
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系統開發理念：為了盡可能的模擬實車的工況，測控系統必須搭建和實車一樣的工作環境，因此該測控系統必須滿足三個基本的條件——溫度、流量、壓力。為此液壓站的產生就成了測控系統的必然，由液壓站提供和實車類似的油源。在環境條件建立完成后，對于電磁閥閥控制需要有電流控制器，以便發出和ＴＣＵ功能一致的控制電流，通過對電磁閥的電流控制，達到換擋及潤滑的要求。最后通過ＮＩ的高速數據采集卡，充分利用ＮＩ系統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進行曲線擬合，數據分析，來判斷電磁閥性能的要求。
三． 電磁閥測控系統的整體設計
電磁閥測控系統包括液壓站、機械臺架、電控柜、操作柜共４個部分組成。設備組成結構圖如圖２所示
圖２ 設備構成圖
液壓站提供液壓動力源，模擬實車內油泵的工況
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、數據的采集及處理
3.1 硬件的總體設計
本系統采用 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，充分發揮了 PXI 總線的優勢，從而為電磁閥進行準確、快速的測試提供硬件保障。測試系統主要由以下幾部分組成：主控單元主要對信號進行處理和分析，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，信號調理板是對信號進行調理及接口轉換，電源部分是給被測試板卡、數字板卡及轉接板供電。
為了實現高精度電磁閥及閥體控制特性的測量試驗，實驗臺在設計初期的選型階段就注意對測量設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。
系統總體設計結構如圖 ３ 所示。
圖３ 測控結構圖
本系統硬件主要包括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數據采集、信號輸出，頻率采集，上層軟件采用 LABVIEW 進行編程，實現系統的自動化測試，上位機實現人機交互界面，打印機可以將測試結果進行打印輸出。
3.2 軟件的總體設計
本測試系統的參數設定、儀器配置、測試激勵的產生、響應數據的采集、測試結果的判斷、故障定位和報表生成等，都是在系統軟件的控制下完成的。本測試系統的軟件設計遵循模塊化設計原則，采用 LabVIEW 開發環境進行編程，采用軟件編程方式極大限度的對硬件資源進行配置和使用，使系統的通用型、可重用性以及可拓展性得到極大的提高，設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據、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成。上位機軟件主要完成數據顯示、數據存儲、參數設定及控制命令的發出。下位機軟件主要完成傳感器信號的采集、數據的處理及激勵信號的生成。上下位機的數據傳輸使用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，當然最復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． 測試系統開發實現及成果展示
下面從模擬量測量及輸出詳細論述利用 NI 公司 PXI 數據采集系統以及 LabVIEW 圖形化開發平臺開發電磁閥測試過程。
4.1 模擬量測量
模擬量測量主要是指傳感器信號的采集，在電磁閥測試系統中選擇的傳感器都是輸出0—10V電壓標準信號的傳感器。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，其通道的采樣率設定為6K，這樣就很好的保證了測量的準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電壓信號驅動電磁閥控制器，電磁閥控制器輸出一個根據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
系統軟件界面如圖7 所示：
圖 7 電磁閥測控系統主界面
其操作功能包括：
(1) 開始運行：進入測試系統，開始采集傳感器信號；
(2) 實驗開始：對被測件的各項工況設定完成后，開始進行電磁閥實驗；
(3) 數據保存：點擊該按鈕，數據將以TDMS的格式保存在硬盤中； (4) 退出：退出測控程序。
4.4 實驗數據
本測試系統采集的數據都是以TDMS格式存儲在上位機，然后導入到DIAdem軟件中進行數據分析，如下圖所示：
圖8 數據記錄及分析
五． 結論
采用 PXI系統為硬件測試平臺，通過對電磁閥測試系統的技術需求分析和對測試系統的組成原理的研究，完成了測試系統的硬件設計及系統信號調理板的設計。軟件設計方面， 采用 LabVIEW 軟件遵循模塊化設計方法， 完成了測試程序及測試界面的設計，人機交互可視化界面的設計，包括系統啟動初始化界面、試驗實施界面、手動測試界面，管理主數據界面等。測試人員通過對人機交互界面的操作，可以實現對測試子程序的調用，最終完成對電路板的測試，同時可對測試結果進行保存和打印。實際的測試結果驗證了本系統的可行性與可靠性，達到了預期的設計目標。NI 公司提供的軟硬件產品為電磁閥性能的研究及DCT變速箱的開發提供了高效、便捷和靈活的支持，縮短了開發的周期，受到用戶的一致好評。
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