汽車保有量的與日俱增，使汽車排氣對人類健康的危害以及對環(huán)境的污染也日甚一日，其中以氮氧化合物NOx對人類的危害最大，所以各國的排放法規(guī)對氮氧化合物都進行了嚴格的限制[1]。

    廢氣再循環(huán)（EGR）降低NOx排放效果最為顯著，而且對原機改動小，設(shè)計自由度大，因而日益受到了人們的青睞，EGR閥也成為了發(fā)動機必不可少的附件。EGR技術(shù)的原理是將部分排氣引入進氣，以提高混合氣中的廢氣成分。國內(nèi)外市場上出現(xiàn)的EGR系統(tǒng)主要有三種：機械式、氣電式和電控式[2]。本文介紹的真空電磁閥就是氣電式EGR系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制部件，可以用來調(diào)節(jié)EGR控制閥里的真空度，從而可以根據(jù)發(fā)動機工況在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對EGR率的調(diào)整,能較大改善系統(tǒng)柔性[3]。而目前國內(nèi)對真空電磁閥的檢測技術(shù)還不夠成熟，只能依賴于國外價格昂貴的測試系統(tǒng)，本文提出了一種基于LabVIEW虛擬儀器的真空電磁閥的檢測平臺，能方便地檢測真空電磁閥的性能指標，且開發(fā)成本較低。
1 系統(tǒng)測試原理
    真空電磁閥作為氣電式EGR系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，其作用是調(diào)節(jié)EGR控制閥里的真空度。本系統(tǒng)給真空電磁閥加不同頻率、占空比、幅值的脈沖電源以及不同的真空度來測試真空電磁閥的性能指標及出氣口流量和壓力的關(guān)系[4]。
    圖1所示為系統(tǒng)的測試原理圖，系統(tǒng)由PC機、脈沖電源（PWM電源）、數(shù)據(jù)采集單元、壓力和流量傳感器、真空筒等組成。真空筒為整個系統(tǒng)的測試提供一個可調(diào)的穩(wěn)定的真空環(huán)境，以分析閥在不同真空度時的性能曲線。PWM電源是一個頻率可調(diào)、占空比可調(diào)、幅度可調(diào)的脈沖電源。不同頻率和占空比，閥的吸合程度也不相同，可以通過調(diào)節(jié)PWM電源來實現(xiàn)出氣口壓力的調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)采集單元主要是采集閥工作時的電壓、電流、出氣口壓力和流量以及進氣口的壓力數(shù)據(jù)，最終將采集的數(shù)據(jù)通過串口上傳到電腦，進行綜合處理分析。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    系統(tǒng)的硬件主要由數(shù)據(jù)采集板和PWM電源等組成，通過3個RS-232串口實現(xiàn)與上位機的通信。
2.1 數(shù)據(jù)采集單元
　    數(shù)據(jù)采集單元是基于51單片機和A/D轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計而成的。共有4路采集通道，分別采集真空電磁閥工作電流、工作電壓、進氣口壓力及出氣口壓力，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)過串口發(fā)送至上位機進行處理和分析[5]。
2.2 PWM電源
    PWM電源是自主開發(fā)設(shè)計的一個獨立脈沖電源，頻率范圍為1 Hz~1 000 Hz，占空比范圍為1%~100%，輸出電壓精度高，上位機可以通過串口控制PWM電源的頻率、占空比和幅值，避免了現(xiàn)場對電源的復(fù)雜操作。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)的開發(fā)建立在LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺上，使用第三方軟件SQL Server 2000，方便地為用戶提供了便捷的操作平臺和強大的數(shù)據(jù)存取功能。
    首先，系統(tǒng)平臺運行后，自動檢測斷路、短路情況及壓力環(huán)境，如不正常則自動報警并停止運行。正常則依次進行響應(yīng)時間、打壓時間、吸合時間、吸合電壓、釋放電壓等性能指標的檢測以及壓力和流量關(guān)系曲線的繪制。并且可以通過設(shè)置閥的工作次數(shù)來比較前后性能指標的趨勢，實現(xiàn)閥的壽命檢測。
3.1 虛擬儀器開發(fā)平臺——LabVIEW
    LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國國家儀器公司（National Instruments）創(chuàng)立的一個功能強大而又靈活的儀器和分析軟件應(yīng)用開發(fā)工具，在試驗測量、工業(yè)自動化和數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域起著重要作用[6]。
    虛擬儀器的核心思想是“軟件即儀器”，它的應(yīng)用程序?qū)x器硬件和可重復(fù)用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實現(xiàn)儀器模塊間的通信。模塊化、開放性和靈活性是LabVIEW關(guān)鍵的特點,也方便用戶來增減硬件、軟件模塊、重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)來滿足新的測試要求[7]。LabVIEW與其他編程語言相同，既定義了數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)類型、語法規(guī)則等編程語言基本要素，也提供了包括斷點設(shè)置、單步調(diào)試和數(shù)據(jù)探針在內(nèi)的程序調(diào)試工具，并且采用流程圖為源代碼作為一個問題的圖形化解決方案，圖形化的人機界面使用的都是測試工程師熟悉的旋鈕、開關(guān)、波形圖等，非常直觀形象。因此，它在功能完整性和應(yīng)用靈活性上不遜于任何高級語言。
3.2 測試的軟件實現(xiàn)
3.2.1 真空環(huán)境的軟件實現(xiàn)
    系統(tǒng)測試所需的真空度是真空筒提供的，真空筒分別連接著一個真空泵和壓力傳感器，當(dāng)壓力傳感器檢測的壓力值低于系統(tǒng)測試所需壓力，則真空泵工作，給真空筒打壓，使真空筒始終處于一個穩(wěn)定的真空度中，保證測試數(shù)據(jù)的準確性。
    上位機設(shè)置測試所需的壓力范圍，將接收到的壓力傳感器上傳的真空筒壓力值與之作比較，超出了范圍則控制真空泵為其打壓或控制真空電磁閥打開放氣。最終使其穩(wěn)定在一個壓力范圍之內(nèi)。圖2所示為壓力環(huán)境的檢測程序[8]。

3.2.2 對PWM電源的控制
    電源的頻率與真空電磁閥的彈片吸合頻率一致，頻率越大，彈片吸合次數(shù)也就越多，閥的導(dǎo)通時間就越大，輸出的氣體壓力就隨之增大。電源的占空比與真空電磁閥的彈片吸合時間成正比，占空比越大，吸合時間越長，閥的導(dǎo)通時間就越大，輸出的氣體壓力也隨之增大。因此，在幅值不變的情況下，調(diào)節(jié)電源的頻率和占空比可以改變閥的出氣口壓力。
    上位機通過VISA實現(xiàn)與PWM電源的通信，為用戶提供友好簡潔的操作界面，直接在上位機控制電源的參數(shù)，圖3所示為電源控制模塊的程序框圖。

3.2.3 數(shù)據(jù)采集
    在出氣口安裝的流量傳感器可以精確檢測出氣口的瞬時流量和累計流量。根據(jù)協(xié)議，首先將奇偶校驗位置為Mark，發(fā)送幀頭字節(jié)，再將奇偶校驗位置為Space，開始發(fā)送命令字符串，即可接收從傳感器返回的數(shù)據(jù)。圖4所示為流量傳感器的數(shù)據(jù)采集程序。

3.2.4 數(shù)據(jù)存儲
    系統(tǒng)檢測的大量數(shù)據(jù)需要歷史查詢和分析，這就不可避免地需要對數(shù)據(jù)進行存儲，系統(tǒng)利用LabSQL庫函數(shù)與SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫建立連接并訪問。圖5所示為LabVIEW與數(shù)據(jù)庫的連接程序。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果與分析
    為測試檢測系統(tǒng)的性能，用真空電磁閥進行了多次試驗。在試驗中，壓力環(huán)境設(shè)置在-700 mbar~-800 mbar。圖6所示為電源占空比在90%時,頻率在200 Hz~800 Hz均勻變化時流量和壓力的曲線圖。圖7所示為電源頻率為900 Hz，占空比在30%~80%均勻變化時流量和壓力的曲線圖。圖8所示為電源頻率為1 000 Hz，占空比為90%，幅值為12 V時真空電磁閥的性能指標。

    從以上結(jié)果可以看出，隨著電源頻率或占空比的增大，出氣口流量和壓力的值也在緩慢增大。這是因為，流量和占空比的增大，閥的吸合程度要相對較大，導(dǎo)通的時間加長了所致。而且經(jīng)過多個閥的實驗證明，合格閥其性能指標基本保持不變，而不合格閥其性能指標出現(xiàn)較大偏差，能快捷有效地檢測出閥的質(zhì)量問題。
    基于LabVIEW的真空電磁閥測試平臺充分利用了LabVIEW的強大功能，開發(fā)出了界面友好、功能完備的測試系統(tǒng)，能實時記錄并保存采集的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)的橫向和縱向分析提供了依據(jù)。
        經(jīng)過實驗證明，本系統(tǒng)測試精度和測試效率高，且系統(tǒng)穩(wěn)定性強，大大降低了測試人員的工作強度，有效地實現(xiàn)了真空電磁閥的自動檢測。
參考文獻
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[2] 杜常清.用EGR技術(shù)降低柴油機NOx排放的研究發(fā)展[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車,2005(2):59-61, 64.
[3] UCHIDA N, DAISHO Y, SHAITO T, et al. Combine effects of EGR and supercharging on diesel combustion and  missions[C]. SAE international, 1993.
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[8] 楊樂平，李海濤，楊磊.LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005.