程 金， 朱曉民，許 靜，孫明軍，段明皞，張 希

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

泵電機組作為汽車自動變速器（AMT）自動換擋機構(gòu)（速選器）的動力源，其性能的優(yōu)劣將直接影響汽車自動變速器（AMT）產(chǎn)品的品質(zhì)。泵電機組的性能主要體現(xiàn)在運行于不同工況條件下泵電機組的流量。本試驗臺主要檢測指標就是泵電機組的流量，但由于流量與泵電機組中流體的溫度、粘度、泵出口的油壓、電機轉(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，這里僅對于直接影響流量的油溫和系統(tǒng)壓力兩個因素進行實時控制。本試驗臺通過搭載油壓控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等為泵電機組的試驗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)提供了強有力的工具。

1 AMT速選器泵電機組試驗臺測量系統(tǒng)構(gòu)建

硬件系統(tǒng)主要由具有強大數(shù)據(jù)處理能力用于運行LabVIEW軟件的PC機、用于高速采集傳感器信號的數(shù)據(jù)采集卡、用于將泵電機組出口壓力轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可識別電信號的壓力傳感器、用于將流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為板卡可計數(shù)的脈沖信號的流量傳感器、用于控制流入泵電機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個計數(shù)器/定時器，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

實現(xiàn)軟件和硬件的互聯(lián)，在軟件中進行板卡以及任務(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。雙擊Measurement & Automation圖標，可打開該軟件進行配置。配置過程可分為一下三個步驟：

1）板卡配置：將板卡安裝到PC機后，LabVIEW軟件并不能立刻使用各種數(shù)字模擬量信號，須經(jīng)過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)會自動彈出查找設(shè)備界面，自動搜索安裝在PC機上的板卡。找到“NI PCI-6230”后選中并點擊“添加所選設(shè)備按鈕”，完成后手動自檢，自檢通過即可啟動測試面板。在測試面板中可以手動點選各個虛擬通道，對硬件進行測試，用以檢測系統(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軟件平臺和硬件進行數(shù)據(jù)傳送的橋梁。通過設(shè)置之后全局虛擬通道便和物理通道對應(yīng)起來；同時，完成模入信號與測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)電壓四個采集信號和加載壓力、加熱電壓兩個生成信號。流量配置時要采用計數(shù)器輸入，選取邊沿計數(shù)，之后在兩個計數(shù)器通道中選取一個通道，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、電流等輸入信號選擇相應(yīng)的信號類型。配置完成點擊新生成的流量通道，對通道進行進一步設(shè)置，根據(jù)實際情況對信號的輸入范圍和換算關(guān)系進行設(shè)置（如圖2（c）所示）。

3）任務(wù)：傳感器信號傳遞到板卡上之后，板卡便通過全局虛擬通道將數(shù)據(jù)傳送至LabVIEW中，而LabVIEW對數(shù)據(jù)的讀取是通過任務(wù)的方式進行的。故需要對任務(wù)進行配置。完成后編程人員便可以對這些數(shù)據(jù)進行編程處理了。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

3.1 流量數(shù)據(jù)采集程序（如圖3所示）

對于流量測試系統(tǒng)流量數(shù)據(jù)的采集，為保證其運行的可靠性，以及運行時具有流量采集的實際意義，所以采集任務(wù)的啟動必須確保在泵電機組啟動之后。程序中設(shè)置了500ms的延時，當泵電機組啟動500ms之后啟動流量采集任務(wù)，同時為排除采集過程中的干擾信號，需對流量數(shù)據(jù)進行濾波處理。

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環(huán)境的影響很大，因此對泵電機組入口油溫、泵電機組出口系統(tǒng)壓力等試驗環(huán)境的控制就顯得尤為重要。該系統(tǒng)對油溫、泵電機組出口系統(tǒng)壓力的反饋值進行高速采集，分析計算后控制加熱管和比例溢流閥調(diào)整油溫和壓力，使試驗臺環(huán)境達到一個標準的工作狀態(tài)，從而保證流量采集的準確性。

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)對于模擬量的采集速度和準確性要求非常高，以便于實現(xiàn)對試驗臺條件的實時控制，這就是選用虛擬儀器的原因所在。通過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)計要求。這里將采集頻率調(diào)整到10KHz系統(tǒng)將達到每秒采集10000個數(shù)據(jù)點，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、準確這里采用低通濾波器對采集來的數(shù)據(jù)進行濾波，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個數(shù)據(jù)點在第60到第90個數(shù)據(jù)點比較穩(wěn)定，因此對這些點求取平均值。

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：在程序框圖中右擊，選擇“編程”→“控制設(shè)計與仿真”→“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)采集的實時反饋量分別接入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。至此試驗臺的設(shè)計基本完成。

4 結(jié)束語

本文闡述了在虛擬儀器技術(shù)的支撐下的AMT速選器泵電機組試驗臺設(shè)計方法，實現(xiàn)了泵電機組不同工作狀態(tài)下流量的精確檢測。系統(tǒng)應(yīng)用在奇瑞汽車廠AMT液壓速選器裝配試驗線中，運行穩(wěn)定，為廠家提供了大量的參考數(shù)據(jù)，有利于泵電機組缺陷的及早發(fā)現(xiàn)及泵電機組性能的進一步改善。