程 金， 朱曉民，許 靜，孫明軍，段明皞，張 希

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

泵電機(jī)組作為汽車自動(dòng)變速器（AMT）自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)（速選器）的動(dòng)力源，其性能的優(yōu)劣將直接影響汽車自動(dòng)變速器（AMT）產(chǎn)品的品質(zhì)。泵電機(jī)組的性能主要體現(xiàn)在運(yùn)行于不同工況條件下泵電機(jī)組的流量。本試驗(yàn)臺(tái)主要檢測(cè)指標(biāo)就是泵電機(jī)組的流量，但由于流量與泵電機(jī)組中流體的溫度、粘度、泵出口的油壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速、泵入口的密封狀態(tài)、泵的工作狀態(tài)等諸多因素有著密切關(guān)系，這里僅對(duì)于直接影響流量的油溫和系統(tǒng)壓力兩個(gè)因素進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)搭載油壓控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等為泵電機(jī)組的試驗(yàn)檢定提供了完備的基礎(chǔ)環(huán)境，特別是虛擬儀器的使用，它以高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集特性為該系統(tǒng)的開發(fā)提供了強(qiáng)有力的工具。

1 AMT速選器泵電機(jī)組試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建

硬件系統(tǒng)主要由具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力用于運(yùn)行LabVIEW軟件的PC機(jī)、用于高速采集傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡、用于將泵電機(jī)組出口壓力轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可識(shí)別電信號(hào)的壓力傳感器、用于將流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為板卡可計(jì)數(shù)的脈沖信號(hào)的流量傳感器、用于控制流入泵電機(jī)組油溫的溫度控制器等組成。電控系統(tǒng)的組成如圖1所示。

鑒于流量采集的特殊性，采集卡選用NI公司的PCI-6230，其主要性能指標(biāo)為：250kS/s采樣率，16位精度，8路模擬輸入4路模擬輸出，6路數(shù)字輸入和4路數(shù)字輸出通道，2個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，32位分辨率，80MHz，兼有隔離功能。

圖1 電控系統(tǒng)組成示意圖

2 軟件系統(tǒng)配置

實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的互聯(lián)，在軟件中進(jìn)行板卡以及任務(wù)和通道的配置是必不可少的。NI 提供的Measurement & Automation是配置系統(tǒng)通道和任務(wù)的軟件平臺(tái)。雙擊Measurement & Automation圖標(biāo)，可打開該軟件進(jìn)行配置。配置過(guò)程可分為一下三個(gè)步驟：

1）板卡配置：將板卡安裝到PC機(jī)后，LabVIEW軟件并不能立刻使用各種數(shù)字模擬量信號(hào)，須經(jīng)過(guò)板卡配置之后才能使用。在“設(shè)備和接口”下找到“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備”如圖2（a）所示，右擊“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備”選擇“查找網(wǎng)絡(luò)NI-DAQmx設(shè)備”系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出查找設(shè)備界面，自動(dòng)搜索安裝在PC機(jī)上的板卡。找到“NI PCI-6230”后選中并點(diǎn)擊“添加所選設(shè)備按鈕”，完成后手動(dòng)自檢，自檢通過(guò)即可啟動(dòng)測(cè)試面板。在測(cè)試面板中可以手動(dòng)點(diǎn)選各個(gè)虛擬通道，對(duì)硬件進(jìn)行測(cè)試，用以檢測(cè)系統(tǒng)連接是否正常。

圖2 在Measurement&Acitomation中的配置

2）全局虛擬通道配置：全局虛擬通道是LabVIEW軟件平臺(tái)和硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的橋梁。通過(guò)設(shè)置之后全局虛擬通道便和物理通道對(duì)應(yīng)起來(lái)；同時(shí)，完成模入信號(hào)與測(cè)量物理量之間的配置轉(zhuǎn)換。方法是在NI-DAQmx全局虛擬通道上右擊，點(diǎn)擊“創(chuàng)建新NI-DAQmx通道”彈出新建全局虛擬通道界面（如圖2（b）所示）。分別配置系統(tǒng)壓力、流量、溫度、系統(tǒng)電壓四個(gè)采集信號(hào)和加載壓力、加熱電壓兩個(gè)生成信號(hào)。流量配置時(shí)要采用計(jì)數(shù)器輸入，選取邊沿計(jì)數(shù)，之后在兩個(gè)計(jì)數(shù)器通道中選取一個(gè)通道，這里選擇通道0。其余模擬量選擇模擬量輸入。并根據(jù)電壓、電流等輸入信號(hào)選擇相應(yīng)的信號(hào)類型。配置完成點(diǎn)擊新生成的流量通道，對(duì)通道進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)置，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)信號(hào)的輸入范圍和換算關(guān)系進(jìn)行設(shè)置（如圖2（c）所示）。

3）任務(wù)：傳感器信號(hào)傳遞到板卡上之后，板卡便通過(guò)全局虛擬通道將數(shù)據(jù)傳送至LabVIEW中，而LabVIEW對(duì)數(shù)據(jù)的讀取是通過(guò)任務(wù)的方式進(jìn)行的。故需要對(duì)任務(wù)進(jìn)行配置。完成后編程人員便可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編程處理了。任務(wù)的配置方法和全局虛擬通道類似，配置完成后轉(zhuǎn)換成全局任務(wù)即可。

3 流量數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

3.1 流量數(shù)據(jù)采集程序（如圖3所示）

對(duì)于流量測(cè)試系統(tǒng)流量數(shù)據(jù)的采集，為保證其運(yùn)行的可靠性，以及運(yùn)行時(shí)具有流量采集的實(shí)際意義，所以采集任務(wù)的啟動(dòng)必須確保在泵電機(jī)組啟動(dòng)之后。程序中設(shè)置了500ms的延時(shí)，當(dāng)泵電機(jī)組啟動(dòng)500ms之后啟動(dòng)流量采集任務(wù)，同時(shí)為排除采集過(guò)程中的干擾信號(hào)，需對(duì)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。

圖3 流量采集程序框圖

至此流量的采集部分便完成了。但由于流量的采集受試驗(yàn)環(huán)境的影響很大，因此對(duì)泵電機(jī)組入口油溫、泵電機(jī)組出口系統(tǒng)壓力等試驗(yàn)環(huán)境的控制就顯得尤為重要。該系統(tǒng)對(duì)油溫、泵電機(jī)組出口系統(tǒng)壓力的反饋值進(jìn)行高速采集，分析計(jì)算后控制加熱管和比例溢流閥調(diào)整油溫和壓力，使試驗(yàn)臺(tái)環(huán)境達(dá)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工作狀態(tài)，從而保證流量采集的準(zhǔn)確性。

3.2 溫度、電流、系統(tǒng)壓力等模擬量的數(shù)據(jù)采集程序（如圖4所示）

系統(tǒng)對(duì)于模擬量的采集速度和準(zhǔn)確性要求非常高，以便于實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)條件的實(shí)時(shí)控制，這就是選用虛擬儀器的原因所在。通過(guò)高速采集板卡以及與其配套使用的LabVIEW軟件，系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求。這里將采集頻率調(diào)整到10KHz系統(tǒng)將達(dá)到每秒采集10000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，如此多的數(shù)據(jù)就給了我們充分的操作空間。為了使采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確這里采用低通濾波器對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，濾波后可以觀察到圖形（如圖5～7所示）。從圖形觀察可以得出結(jié)論，一般每組100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在第60到第90個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)比較穩(wěn)定，因此對(duì)這些點(diǎn)求取平均值。

圖4 系統(tǒng)壓力、溫度、電流模擬量采集子VI

圖5 系統(tǒng)壓力采集

圖6 油溫采集

圖7 電流采集

圖8 PID控制程序框圖

3.3 系統(tǒng)壓力PID控制程序（如圖8所示）

系統(tǒng)壓力控制程序的設(shè)計(jì)：在程序框圖中右擊，選擇“編程”→“控制設(shè)計(jì)與仿真”→“PID”選板，選取PID控制VI并將其拖放到程序框圖中。將給定量和數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)反饋量分別接入PID控制VI的輸入端，將PID參數(shù)微調(diào)直到出現(xiàn)理想結(jié)果為止，設(shè)置PID的限幅值，最后將輸出結(jié)果輸出給加載任務(wù)即可。溫度控制也可采用相同控制方案。至此試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)基本完成。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了在虛擬儀器技術(shù)的支撐下的AMT速選器泵電機(jī)組試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了泵電機(jī)組不同工作狀態(tài)下流量的精確檢測(cè)。系統(tǒng)應(yīng)用在奇瑞汽車廠AMT液壓速選器裝配試驗(yàn)線中，運(yùn)行穩(wěn)定，為廠家提供了大量的參考數(shù)據(jù)，有利于泵電機(jī)組缺陷的及早發(fā)現(xiàn)及泵電機(jī)組性能的進(jìn)一步改善。