□ 徐文明 陸劍峰

汽車手動(dòng)換檔器耐久性測(cè)試設(shè)備是在B299氣缸耐久試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行再研發(fā)，研制出適合2014新款汽車手動(dòng)換擋器耐久性測(cè)試的試驗(yàn)臺(tái)，本設(shè)備模擬實(shí)際用戶在加速駕駛車輛時(shí)的狀態(tài)，評(píng)價(jià)手動(dòng)換擋器的整體性能是否達(dá)標(biāo)，功能是否滿足要求，檢驗(yàn)手動(dòng)換擋器的設(shè)計(jì)是否達(dá)到預(yù)期的效果。

一、傳統(tǒng)換擋器傳統(tǒng)硬件測(cè)試方式

傳統(tǒng)汽車手動(dòng)換擋器耐久性測(cè)試方法如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)汽車手動(dòng)換擋器耐久性測(cè)試方法

步驟一，正確連接4為電磁閥，使其正常通電可用，與PLC相連，使其可以計(jì)數(shù);步驟二，利用2關(guān)鍵軸承連接1氣缸和3換擋器;步驟三，開(kāi)始不停操作換擋器3;步驟四，根據(jù)plc對(duì)電磁閥切換控制的次數(shù)，且最終其顯示的數(shù)據(jù)記錄下?lián)Q擋器換擋的次數(shù);步驟五，根據(jù)觀察員確定3換擋器是否可以繼續(xù)使用后再結(jié)合plc控制顯示的數(shù)據(jù)估算出換擋器可以進(jìn)行的換擋次數(shù);步驟六，確定測(cè)試數(shù)據(jù)。

其現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn):隨著汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，新的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全技術(shù)參數(shù)的應(yīng)用使得對(duì)關(guān)鍵汽車零部件的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的汽車零部件或者對(duì)于汽車零部件檢測(cè)的方法已逐漸不能滿足新的汽車行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、安全技術(shù)參數(shù)和用戶使用的要求。

二、新款換檔器設(shè)備功能簡(jiǎn)介

新款汽車手動(dòng)換檔器耐久性測(cè)試設(shè)備應(yīng)具有下列功能:一是力傳感器可以實(shí)現(xiàn)0～1，000N的測(cè)試;位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)0～300mm的測(cè)試。二是能顯示力與位移的曲線，力與時(shí)間的曲線，位移與時(shí)間的曲線。三是設(shè)備采樣率達(dá)到2，000Hz，用戶可以選擇采樣率，且實(shí)際采樣點(diǎn)不能偏離理論5%。四是軟件能設(shè)置上下限，超限報(bào)警閃爍，并使設(shè)備停止工作。五是在畫(huà)面中自由選擇界面，實(shí)時(shí)顯示。六是曲線顯示不得有明顯毛刺，過(guò)渡平滑。七是數(shù)據(jù)保存時(shí)，可以設(shè)定時(shí)間間隔、項(xiàng)目名稱和日期。八是設(shè)備為通用性的控制系統(tǒng)，能滿足FIT和A-ENTRY換檔器耐久性測(cè)試。

機(jī)能耐久性測(cè)試的內(nèi)容一般有:球頭上操作振動(dòng)強(qiáng)度;更改運(yùn)動(dòng)耐久性;振動(dòng)耐久性;加熱耐久性等。機(jī)能耐久性測(cè)試中，不同機(jī)能耐久性測(cè)試內(nèi)容所施加的負(fù)荷力有一定要求，測(cè)試按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，5MT工作模式和6MT工作模式也有所不同。

圖2 5MT工作模式

5MT工作模式(圖2):1ST→2ND→1ST;3RD→4TH→3RD;5TH→REV LOCK→5TH;N→REV→N;N→1ST→2ND選擇;N→5TH→REV選擇;選擇各變位位置;各中間位置上選擇的變位;旋鈕上下方向。

圖3 6MT工作模式

6MT工作模式(圖3):1st?2nd;3rd?4th;5th?6th;N?RVS;N?1-2選擇;N?5-6選擇;N?選擇;選擇進(jìn)入各變位段位置;各選擇過(guò)程中變位;旋鈕上下方向。

每種模式按一定的次數(shù)、力值的要求及環(huán)境的要求進(jìn)行模擬循環(huán)，一種模式完成后再切入到另一種循環(huán)模式，直到完成所有的測(cè)試模式。

三、新型換擋器方案設(shè)計(jì)及軟件測(cè)試應(yīng)用

(一)換擋器方案設(shè)計(jì)。本設(shè)備采用的虛擬儀器是以LabVIEW圖形化編程軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用先進(jìn)計(jì)算機(jī)軟件和硬件資源完成傳統(tǒng)的儀表功能。在新款汽車手動(dòng)換檔器耐久性測(cè)試設(shè)備中，數(shù)據(jù)采集采用了研華公司的USB-4711A系列卡板。該系列卡板簡(jiǎn)單高效，在工業(yè)應(yīng)用中有足夠的可靠性和穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)采集模塊可以通過(guò)USB口即插即用，無(wú)需打開(kāi)計(jì)算機(jī)機(jī)箱來(lái)安裝板卡，僅需插上模塊，便可以采集數(shù)據(jù)，USB-4711A同時(shí)還能通過(guò)USB端口獲得所有所需的電源，無(wú)需外接電源。本設(shè)備的系統(tǒng)框圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)框圖

方案設(shè)計(jì)采用力傳感器測(cè)量換擋器的推力和拉力、位移傳感器測(cè)量換擋器的切換位移，氣缸的推拉控制換擋器的耐久性測(cè)試的操作。該設(shè)計(jì)方案中的力傳感器選用Interface S型傳感器，測(cè)量精度高，抗干擾性強(qiáng)。在傳感器安裝設(shè)計(jì)上，力傳感器與換擋器、力傳感器與氣缸之間均增加了高強(qiáng)度耐磨關(guān)鍵軸承，確保換擋器力的測(cè)量準(zhǔn)確性和真實(shí)性;位移傳感器選用NOVOTECHNIK非接觸式磁性伸縮測(cè)量原理的位移傳感器，沒(méi)有機(jī)械磨損，有無(wú)限的機(jī)械壽命，不受沖擊或振動(dòng)的影響，測(cè)量分辨率可達(dá)0.001mm，位移傳感器的安裝與氣缸平行，確保換擋器位移測(cè)量和力測(cè)量的同步性。換擋器推力的大小和換擋切換的頻率是由氣缸推拉實(shí)現(xiàn)的，氣缸動(dòng)作是由上位計(jì)算機(jī)PLC通過(guò)程序來(lái)控制的。

(二)換擋器虛擬儀器軟件測(cè)試開(kāi)發(fā)。

1.數(shù)據(jù)采集功能程序。數(shù)據(jù)采集前面板初始化(INTScanStart)設(shè)置，TrigSrc設(shè)置可選擇Internal或 External，這里設(shè)置為Internal;SampleRate設(shè)置為600;NumChans設(shè)置為3;StartChan設(shè)置為0;Count(計(jì)數(shù))設(shè)置為300;Cyclic Mode設(shè)置可選擇Cyclic或Non-Cyclic，這里設(shè)置為Cyclic;FIFOS-ize設(shè)置為1024;GainList設(shè)置為4-4-4-4。EventMask設(shè)置:Type設(shè)置為F;Count設(shè)置為1024;Time設(shè)置為3000。

產(chǎn)品名稱可以根據(jù)用要求寫(xiě)入，如寫(xiě)入FIT20130101，力1上限值為設(shè)置500N，力1下限值設(shè)置為-500N，零點(diǎn)設(shè)置和滿度設(shè)置是根據(jù)傳感器量程而設(shè)置的，新設(shè)備的傳感器零點(diǎn)和滿度都已經(jīng)調(diào)整好，默認(rèn)設(shè)置如圖所示。當(dāng)傳感器發(fā)生漂移或需要將位移曲線顯示在中心位置時(shí)，可以按清零F1、清零S1和清零F2。

2.數(shù)據(jù)處理功能程序。數(shù)據(jù)緩沖器中的電壓數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)組轉(zhuǎn)換成F1、S1和F2三個(gè)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)。F1電壓數(shù)值經(jīng)過(guò)量程轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)濾波處理后，再和F1上限值和F1下限值構(gòu)成數(shù)組，輸出顯示F1-時(shí)間波形圖表。S1電壓數(shù)值經(jīng)過(guò)位移量程轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)濾波處理后，再和F1構(gòu)成數(shù)組，輸出顯示力1(N)-位移1(mm)波形圖表。F2電壓數(shù)值經(jīng)過(guò)量程轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)濾波處理后，再和上限值和下限值構(gòu)成數(shù)組，輸出顯示F2-時(shí)間波形圖表。

3.數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能程序。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存了F1、S1、F2在測(cè)試過(guò)程中不同時(shí)刻所測(cè)試的數(shù)據(jù)，該功能可以追溯產(chǎn)品在試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中的各種參數(shù)、力值的大小及位移的大小。而且在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)值比較，超出規(guī)范就報(bào)警，可以很方便地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用，檢查產(chǎn)品是否在過(guò)程中已經(jīng)失效。

四、新型換擋器硬件研究及測(cè)試應(yīng)用

(一)換擋器硬件研究目的。為了進(jìn)一步滿足汽車行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全技術(shù)參數(shù)的要求，加強(qiáng)汽車換擋器測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、安全性、合理性，公司通過(guò)多年對(duì)汽車換擋器測(cè)試的實(shí)踐、測(cè)試方法的摸索，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出一套合理的汽車手動(dòng)換擋器測(cè)試方法。新款汽車手動(dòng)換檔器耐久性測(cè)試設(shè)備應(yīng)具有下列功能:一是力傳感器可以實(shí)現(xiàn)0～1，000N的測(cè)試;位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)0～300mm的測(cè)試。二是能顯示力與位移的曲線，力與時(shí)間的曲線，位移與時(shí)間的曲線。三是設(shè)備采樣率達(dá)到2000Hz，用戶可以選擇采樣率，且實(shí)際采樣點(diǎn)不能偏離理論5%。四是軟件能設(shè)置上下限，超限報(bào)警閃爍，并使設(shè)備停止工作。五是在畫(huà)面中自由選擇界面，實(shí)時(shí)顯示。六是曲線顯示不得有明顯毛刺，過(guò)渡平滑。七是數(shù)據(jù)保存時(shí)，可以設(shè)定時(shí)間間隔、項(xiàng)目名稱和日期。八是設(shè)備為通用性的控制系統(tǒng)，能滿足FIT和A-ENTRY換檔器耐久性測(cè)試。

(二)新型換擋器硬件測(cè)試方式。一是采用s型力傳感器附加在關(guān)鍵軸承上確?？梢杂行y(cè)出手動(dòng)換擋器在完成一次換擋時(shí)所需要用的力的大小;二是采用位移尺和標(biāo)示滑塊來(lái)確定手動(dòng)換擋器在完成換擋時(shí)換擋器進(jìn)行的位移大小;三是標(biāo)示滑塊采用磁質(zhì)的，這樣滑塊與位移尺之間是非接觸的滑動(dòng)，不會(huì)因摩擦力的大小而使得讀數(shù)有誤差。

(三)新型手動(dòng)換擋器測(cè)試原理。力傳感器和位移傳感器把模擬力信號(hào)F1(0-10V)和模擬位移信號(hào)S1(0-10V)分別送到數(shù)據(jù)采集模塊USB-4711A，USB-4711A通過(guò)USB口把數(shù)字信號(hào)送到上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)的LABVIEW軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、顯示、儲(chǔ)存等處理。PLC控制系統(tǒng)輸出數(shù)字信號(hào)控制氣缸運(yùn)動(dòng)。如果力信號(hào)F1超過(guò)上下限，LABVIEW將會(huì)輸出聯(lián)鎖信號(hào)給USB-4711A，并由USB-4711A輸出信號(hào)給PLC控制系統(tǒng)，聯(lián)鎖控制氣缸停止運(yùn)動(dòng)。

五、新型轉(zhuǎn)換器硬件測(cè)試的優(yōu)勢(shì)

這種測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)和效果增加了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和測(cè)試的科學(xué)性，主要是因?yàn)閭鞲衅鲗⒔邮盏降哪M信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊的轉(zhuǎn)化，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性以及操作的科學(xué)性。此過(guò)程通過(guò)力的傳感器和位移傳感器，可以有效計(jì)算出換擋器在換擋過(guò)程中需要的力的大小和用多大的力產(chǎn)生多大的位移;然后將USE口將數(shù)字信號(hào)送到上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)的LABVIEW軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)化、顯示、儲(chǔ)存處理，可以有效記錄和真實(shí)反映手動(dòng)換擋器在達(dá)到相應(yīng)的換擋效果時(shí)實(shí)際需要的力的大小和位移的大小，及換擋器損壞時(shí)使用的次數(shù)。避免傳統(tǒng)測(cè)試方法對(duì)于換擋器使用壽命測(cè)試時(shí)的估算。

由于傳統(tǒng)方法測(cè)試換擋器使用壽命時(shí)都是采用人工計(jì)數(shù)，當(dāng)換擋器損壞時(shí)實(shí)驗(yàn)員還是在進(jìn)行換擋器的測(cè)試，直至無(wú)法使用才算壽命到頭，即浪費(fèi)時(shí)間也不準(zhǔn)確，本方法在試驗(yàn)過(guò)程中加裝plc控制系統(tǒng)，一旦LABVIEW得出換擋器損壞，其直接發(fā)送鎖住信號(hào)給plc控制系統(tǒng)，plc控制系統(tǒng)將鎖住氣缸停止運(yùn)動(dòng)，因此，當(dāng)換擋器損壞時(shí)，試驗(yàn)終止，則不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間做毫無(wú)價(jià)值的繼續(xù)試驗(yàn)，并且氣缸鎖住時(shí)的數(shù)據(jù)，包括力的大小、位移及次數(shù)都是唯一的，準(zhǔn)確的，具有參考價(jià)值的。

實(shí)施效果可以根據(jù)不同加載力的大小，調(diào)整氣壓的范圍?？梢栽诮缑嬷酗@示力與位移的關(guān)系或力與時(shí)間的關(guān)系。力與位移測(cè)量曲線，界面中顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和曲線，曲線顯示平滑，沒(méi)有明顯毛刺。調(diào)試結(jié)果完全滿足耐久測(cè)試要求。一是解決換擋器測(cè)試過(guò)程中的無(wú)用測(cè)試問(wèn)題，不像傳統(tǒng)的測(cè)試，換擋器壞了也不清楚還在持續(xù)進(jìn)行換擋和次數(shù)的計(jì)算，直至換擋器無(wú)法使用才計(jì)算報(bào)廢，達(dá)不到準(zhǔn)確性和浪費(fèi)時(shí)間;二是解決換擋器測(cè)試過(guò)程中對(duì)于換擋器到達(dá)多少次報(bào)廢，測(cè)試的準(zhǔn)確性;三是實(shí)現(xiàn)換擋器測(cè)試過(guò)程中對(duì)于換擋器達(dá)到換擋效果力的大小的測(cè)試，此點(diǎn)可以很好地反映超過(guò)多大力換擋器會(huì)出現(xiàn)報(bào)廢情況;四是實(shí)現(xiàn)換擋器測(cè)試過(guò)程中對(duì)于換擋器達(dá)到換擋效果位移大小的測(cè)試，此刻可以很好地反映給出一定的力后，換擋器達(dá)不到力與位移的關(guān)系，則換擋器判定不合格;五是通過(guò)以上總結(jié)，本測(cè)試方法可以節(jié)約測(cè)試時(shí)間、實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)試的數(shù)據(jù)更具有實(shí)際的指導(dǎo)價(jià)值，不像傳統(tǒng)的測(cè)試方法，只可以粗略計(jì)算出換擋器達(dá)到多少換擋的次數(shù)就達(dá)到報(bào)廢，而是從次數(shù)、力的大小和力的位移多方面因素，測(cè)試換擋器的使用壽命，更具有實(shí)際使用的意義。

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)試，最終獲得符合設(shè)計(jì)要求的力與位移的關(guān)系曲線，也能測(cè)量出力和時(shí)間，位移和時(shí)間的關(guān)系曲線。測(cè)量數(shù)據(jù)按照要求保持在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)保存及時(shí)、完整、準(zhǔn)確。測(cè)試過(guò)程中如遇到負(fù)荷力過(guò)大，超過(guò)設(shè)定的上下限時(shí)，設(shè)備能聯(lián)鎖保護(hù)自動(dòng)報(bào)警并停止測(cè)試任務(wù)。該設(shè)備已成功用于2014 FIT系列換檔器耐久性的測(cè)試，具有很好的通用性及可靠性，與進(jìn)口設(shè)備相比成本低，占地空間小等優(yōu)點(diǎn)。

［1］Teffrey Travis，Jimkring.LabVIEW 大學(xué)實(shí)用教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008

［2］阮奇楨編著.我和LabVIEW:一個(gè)NI工程師的十年編程經(jīng)驗(yàn)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2012