陸藝　盧潔　袁月峰　郭斌

摘要：針對傳統(tǒng)繼動閥檢測裝置已無法滿足新型EBS比例繼動閥檢測需求的現(xiàn)狀，基于計算機控制技術、采用高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理技術，設計EBS比例繼動閥綜合性能測試系統(tǒng)，實現(xiàn)在電子制動/氣制動、緩慢制動/快速制動工況下，對閥的遲滯特性、靜特性、動特性、密封性等項目進行測試。其中，采用電氣比例閥伺服控制方式，可實現(xiàn)0～1.0MPa的氣壓控制，控制絕對誤差為±0.01mPa；采用可編程電流源電流伺服控制方式，可實現(xiàn)0-1.4A電流控制，控制絕對誤差為±0.01A。對測試系統(tǒng)進行不確定度評定，實驗各項數(shù)據(jù)重復性良好。測試結果表明：商用車EBS比例繼動閥綜合性能測試系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，滿足測試要求。

關鍵詞：電子控制制動系統(tǒng)；比例繼動閥；性能測試；自動化；不確定度

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5124（2018）02-0134-06

0引言

目前，國內商用車開始引入電子控制制動系統(tǒng)（EBS），比例繼動閥作為EBS的核心部件之一，較傳統(tǒng)氣制動繼動閥，有電控和氣控兩種方式，結構復雜、檢測項目繁多。EBS比例繼動閥是新一代商用車電子控制制動系統(tǒng)的關鍵部件，其根據(jù)控制信號比例輸出商用車前橋的制動壓力，采用比例電磁閥加繼動閥復合的機構形式工作，其嚴重的電流遲滯和響應延遲無疑是導致制動故障甚至失效的最危險因素之一，會造成嚴重的交通事故。由于EBS比例繼動閥性能直接關系到整車制動的安全性。為保證其正常工作，遲滯特性、靜特性、動特性和密封性是EBS比例繼動閥檢測的重要項目。

目前，由于EBS比例繼動閥屬于新型電子制動部件，國內尚未出現(xiàn)成熟的檢測設備。國內，中國計量大學安志敏等針對傳統(tǒng)繼動閥的靜特性，研制了傳統(tǒng)氣制動繼動閥檢測臺：吉林大學韓正鐵等針對電控方式下的EBS比例繼動閥的遲滯特性和動特性進行了性能實驗。由于實驗室設備控制精度低、工業(yè)實用性不強、檢測項目單一無法為EBS比例繼動閥生產廠商直接使用。而國外，EBS為商用車主流制動系統(tǒng)技術趨于完善。EBS制動部件如比例繼動閥生產制造、檢測核心技術掌握在國外大型商用車制動系統(tǒng)開發(fā)商如德國WABCO公司及Knorr公司手中。由于技術堡壘，測試關鍵技術及測試指標都對外封鎖，國內企業(yè)難以借鑒。

基于此，通過對EBS比例繼動閥工作原理的仔細剖析，在借鑒汽車行業(yè)標準QC/T 37——2015《汽車與掛車氣壓調節(jié)保護裝置技術要求及臺架試驗方法》和國家標準GB 12676——2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》的基礎上，根據(jù)廠家實際生產檢測要求，設計了一套商用車EBS比例繼動閥綜合性能測試系統(tǒng)。

1測試需求分析

選取國外WABCO公司生產的EBS比例繼動閥為檢測樣本，其組成包括比例電磁閥、繼動閥和壓力傳感器。結構如圖1所示，閥體上設有輸入口P0、輸出口P2、氣控口P4，另外還設有電控口P3，簡圖未標出。

EBS比例繼動閥的工作方式有電控和氣控兩種，與氣控方式不同，在電控方式下由于先導級比例閥閥芯的作用、電磁鐵芯部分磁滯等因素的影響，導致閥遲滯特性明顯。參考上述相關標準和生產廠家測試要求，制定的EBS比例繼動閥測試項由密封性測試、遲滯特性測試、靜特性測試、動特性測試組成。為滿足上述測試需求，測試系統(tǒng)中的主要技術參數(shù)和性能指標，如表1所示。

1.1密封性需求分析

任何閥均存在泄漏的可能，需要對EBS比例繼動閥的密封性進行測試。傳統(tǒng)采用的氣泡法，難以定量分析實際氣壓泄漏值，效率和精度低下。經(jīng)比較，本文采用能檢測到微小泄漏、精度高，可以快速檢測的差壓法。

測量時打開相應電磁閥同時給閥口、基準腔充氣一段時間后關閉電磁閥，打開平衡閥，平衡時間為15s，測量時間為30s，根據(jù)差壓傳感器得出閥口泄漏量。

測試項包括輸入口、氣控口非工作狀態(tài)以及輸入口全工作、半工作狀態(tài)氣密性。

1.2功能特性需求分析

遲滯特性測試：規(guī)定遲滯電流Ic為遲滯特性的評判標準，需對其進行測試。同一輸出氣壓值在增壓、減壓過程中會對應兩個控制電流信號值，其最大差值的絕對值定義為遲滯電流，根據(jù)企業(yè)要求遲滯電流值應不大于0.28 A。

靜特性測試：為了評價輸出氣壓隨控制信號緩慢上升的隨動平衡性能，需要對輸出氣壓特征點值進行測試。輸出氣壓值開始明顯上升時對應的控制信號值為開啟電流/氣壓：根據(jù)相關企業(yè)標準及生產廠家規(guī)定，控制信號在不同檔位時，測試的輸出氣壓特征點值需達到以下要求：1）電控方式下，開啟電流I0滿足0.45 A≤I0≤0.55 A，特征點T1（0.7 A）滿足200kPa≤T1≤240kPa，特征點T2（0.9A）滿足440kPa≤T2≤480kPa，特征點T3（1.1A）滿足680kPa≤T3≤720kPa。2）氣控方式下，開啟氣壓S0滿足50kPa≤S0≤70kPa，特征點S1（200kPa）滿足140kPa≤S1≤180kPa，特征點S2（400kPa）滿足380kPa≤S2≤420kPa，特征點S3（600kPa）滿足590kPa≤S3≤630kPa。

動特性測試：為了評價閥快速制動或解除制動的性能，需測試閥的響應時間和釋放時間。在接受控制信號后，輸出氣壓值從0上升到額定輸出氣壓值的75%所經(jīng)歷的時間為響應時間，額定輸出氣壓值下降到該值的15%所經(jīng)歷的時間為釋放時間。規(guī)定要求響應時間≤0.4s，釋放時間≤0.6s。

2檢測系統(tǒng)設計

2.1裝夾機構設計

為了提高實驗效率，方便人員操作過程中對被測閥的快速更換，設計了EBS比例繼動閥裝夾機構，裝夾機構中的頂蓋、底座和3根支撐桿在測試中對被測閥起到固定作用；選用結構緊湊、質量輕、占用空間小的3組薄型氣缸來推動推桿對閥口進行夾緊、連通并利用堵頭對被測試閥的閥口進行密封。裝夾機構示意圖如圖2所示。

2.2系統(tǒng)管路設計

基于以上測試需求分析，為保證測試系統(tǒng)正常運行，該系統(tǒng)應該具有穩(wěn)定干凈的氣壓源和電流源，控制管路氣體流向的通斷裝置和實時監(jiān)控電流、氣壓大小的檢測裝置。基于此設計了EBS比例繼動閥測試系統(tǒng)管路，如圖3所示。

二聯(lián)件由空氣過濾器和減壓閥組合而成，起過濾氣源雜質以及粗調氣源壓力的作用，氣源的進氣壓力設置為1.0mPa；40L儲氣罐可以穩(wěn)定氣源壓力給眾多氣路供氣：為達到更好的測試效果，除測試閥P1口、P4口氣密性的支路上采用兩位兩通電磁閥外，其他管路為滿足陜速充排氣的要求，統(tǒng)一采用通徑更大的氣控閥，并獨立于氣密性的測試管路：為了兼顧測試閥在氣控方式下靜特性的特殊供氣需求，測試氣控口P1氣密性的支路上采用FESTO的電氣比例閥，可以精確、連續(xù)無極調節(jié)控制氣壓，壓力范圍為0～1.0mPa；采用RIGOL的可編程電流源為電控口P3提供連續(xù)穩(wěn)定的電流信號并監(jiān)控讀取測試回路實時電流值，可調電流范圍為0～1.4A，滿足閥工作所需的電流信號；閥的輸入口P1、輸出口P2、氣控口P4均裝有HUBA系列高精度氣壓傳感器，可實時監(jiān)控氣壓變化：采用偉岸系列差壓傳感器可在差壓法測量密封性時檢測到閥口微小泄漏。閥的輸出口P2連接1L儲氣罐，負責模擬實際車輛負載的工況。

2.3數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設計

系統(tǒng)以研華工控機為數(shù)據(jù)處理和控制核心，結合研華數(shù)據(jù)采集卡PCI-1711和RIGOL可編程電流源組成的控制器進行信號分析與處理。研華數(shù)據(jù)采集卡具有2通道12位模擬量輸出與16通道數(shù)字量輸入輸出以及12位A/D轉換器，采樣速率可達100kHz，可以滿足高速實時、高精度采樣的要求。數(shù)據(jù)采集卡的AI通道用于采集氣壓傳感器的電壓信號：AO通道輸出可調電壓控制電氣比例閥輸出氣壓值：DI通道用于處理用戶操作和系統(tǒng)故障判斷：DO通道用于控制電磁閥動作。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與控制原理圖如圖4所示。

2.4系統(tǒng)軟件設計

控制系統(tǒng)計算機軟件采用IabVIEW編寫，采用模塊化設計。系統(tǒng)軟件主要由初始化配置模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊、性能測試模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、數(shù)據(jù)報表與打印模塊組成。系統(tǒng)軟件測試流程如圖5所示。

3測試數(shù)據(jù)分析

根據(jù)對系統(tǒng)測試原理分析，首先將被測產品固定在裝夾結構上，然后進行各項性能測試，設置氣壓供氣壓力為典型值0.8MPa，實驗結束后退出裝夾、關閉電源并切斷氣源。

3.1密封性測試分析

采用差壓法對控制口、輸入口氣密性測試10次后取平均值，測試結果如表2所示，各項數(shù)據(jù)均不大于0.2kPa，符合測試要求。

3.2特性測試分析

3.2.1遲滯特性測試分析

可編程電流源以0.01A電流幅度、100ms時間間隔，從0緩慢加載到額定最大電流1.4A后再緩慢降為0。電控遲滯特性測試曲線如圖6所示，相關測試參數(shù)值如表3所示。分析可知：開啟電流I0為0.5A，遲滯電流Ic為0.23A，特征點T1、T2、T3值均在標準范圍內，達到測試要求。

3.2.2靜特性測試分析

電氣比例閥以0.1V電壓幅度、100ms時間間隔，從0緩慢加載到額定最大電壓10V后再緩慢降為0。氣控靜特性測試曲線如圖7所示，相關測試參數(shù)值如表4所示。分析可知，開啟氣壓為58.98kPa，特征點S0、S1、S2、S3值均在標準范圍內，達到測試要求。

3.2.3動特性測試分析

電控方式下，0時刻可編程電流源給到最大額定電流1.4A或氣控方式下，電氣比例閥設置最大額定電壓為10V，待輸出氣壓穩(wěn)定4s后撤去控制信號，動特性測試曲線如圖8、圖9所示，表5為實驗10次，取平均值得到的相關測試數(shù)據(jù)。結合圖表分析可知：閥在電控方式的動特性要優(yōu)于氣控方式：電控方式下，響應時間為0.19s，釋放時間為0.17s；氣控方式下，響應時間為0.31s，釋放時間為0.3s，響應時間、釋放時間均在規(guī)定范圍內，達到測試要求。

3.3不確定度分析

根據(jù)JJF 1059——2012《測量不確定度評定與表示》中不確定度的定義及評定要求對EBS比例繼動閥性能檢測系統(tǒng)進行不確定度評定。對電控/氣控方式下，各項參數(shù)分別測試10組數(shù)據(jù)記錄如表6、表7所示。

測試系統(tǒng)的誤差主要由測量重復性、可編程電流源、氣壓傳感器與數(shù)據(jù)采集卡引起。測量重復性引起的不確定度分量uA用A類評定；氣壓、差壓傳感器帶來的不確定度分量u1與數(shù)據(jù)采集卡帶來的不確定度分量u2采用B類評定。

根據(jù)A類評定公式uA=s/根號n可以求得，I0、Ic、T1、T2、T3、S0、S1、S2、S3由測量重復性引起的不確定度分量分別為0.001A，0.001A，0.160kPa，0.200kPa，0.133kPa，0.186kPa，0.244kPa，0.230kPa，0.215kPa。

可編程電流源、數(shù)據(jù)采集卡、傳感器等引起的不確定度使用B類方法評定。查閱相關資料可得，可編程電流源的標準不確定度分量u1約為0.006A，氣壓傳感器的標準不確定度分量u2約為0.461kPa，數(shù)據(jù)采集卡對氣壓采集系統(tǒng)造成的標準不確定度分量u3約為0.623kPa，系統(tǒng)合成標準不確定度為uc。

根據(jù)公式計算各合成不確定度如表8所示，實驗重復性較好，滿足測試要求。

4結束語

本文通過對EBS比例繼動閥工作原理的仔細剖析，在借鑒汽車行業(yè)標準QC/T 37——2011和國家標準GB 12676——2014的基礎上，設計了一套商用車EBS比例繼動閥綜合性能測試系統(tǒng)。試驗結果表明：該系統(tǒng)能夠高效、準確地對EBS比例繼動閥綜合性能進行評判，對我國商用車EBS產品國產化和標準制定具有一定參考意義。