汽車保有量的與日俱增，使汽車排氣對(duì)人類健康的危害以及對(duì)環(huán)境的污染也日甚一日，其中以氮氧化合物NOx對(duì)人類的危害最大，所以各國的排放法規(guī)對(duì)氮氧化合物都進(jìn)行了嚴(yán)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(duì)原機(jī)改動(dòng)小，設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)必不可少的附件。EGR技術(shù)的原理是將部分排氣引入進(jìn)氣，以提高混合氣中的廢氣成分。國內(nèi)外市場(chǎng)上出現(xiàn)的EGR系統(tǒng)主要有三種：機(jī)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(dòng)機(jī)工況在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)EGR率的調(diào)整,能較大改善系統(tǒng)柔性[3]。而目前國內(nèi)對(duì)真空電磁閥的檢測(cè)技術(shù)還不夠成熟，只能依賴于國外價(jià)格昂貴的測(cè)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(cè)平臺(tái)，能方便地檢測(cè)真空電磁閥的性能指標(biāo)，且開發(fā)成本較低。
1 系統(tǒng)測(cè)試原理
    真空電磁閥作為氣電式EGR系統(tǒng)的一個(gè)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(cè)試真空電磁閥的性能指標(biāo)及出氣口流量和壓力的關(guān)系[4]。
    圖1所示為系統(tǒng)的測(cè)試原理圖，系統(tǒng)由PC機(jī)、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(gè)系統(tǒng)的測(cè)試提供一個(gè)可調(diào)的穩(wěn)定的真空環(huán)境，以分析閥在不同真空度時(shí)的性能曲線。PWM電源是一個(gè)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(shí)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(shí)的電壓、電流、出氣口壓力和流量以及進(jìn)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(jìn)行綜合處理分析。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    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(gè)RS-232串口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)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(jī)和A/D轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)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(jìn)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(jī)進(jìn)行處理和分析[5]。
2.2 PWM電源
    PWM電源是自主開發(fā)設(shè)計(jì)的一個(gè)獨(dú)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(jī)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(chǎng)對(duì)電源的復(fù)雜操作。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)的開發(fā)建立在LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)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(tái)和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存取功能。
    首先，系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行后，自動(dòng)檢測(cè)斷路、短路情況及壓力環(huán)境，如不正常則自動(dòng)報(bào)警并停止運(yùn)行。正常則依次進(jìn)行響應(yīng)時(shí)間、打壓時(shí)間、吸合時(shí)間、吸合電壓、釋放電壓等性能指標(biāo)的檢測(cè)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(biāo)的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)閥的壽命檢測(cè)。
3.1 虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW
    LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國國家儀器公司（National Instruments）創(chuàng)立的一個(gè)功能強(qiáng)大而又靈活的儀器和分析軟件應(yīng)用開發(fā)工具，在試驗(yàn)測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)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(shí)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(diǎn),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(cè)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(diǎn)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(gè)問題的圖形化解決方案，圖形化的人機(jī)界面使用的都是測(cè)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(jí)語言。
3.2 測(cè)試的軟件實(shí)現(xiàn)
3.2.1 真空環(huán)境的軟件實(shí)現(xiàn)
    系統(tǒng)測(cè)試所需的真空度是真空筒提供的，真空筒分別連接著一個(gè)真空泵和壓力傳感器，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)的壓力值低于系統(tǒng)測(cè)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(gè)穩(wěn)定的真空度中，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
    上位機(jī)設(shè)置測(cè)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(gè)壓力范圍之內(nèi)。圖2所示為壓力環(huán)境的檢測(cè)程序[8]。

3.2.2 對(duì)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(shí)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(shí)間成正比，占空比越大，吸合時(shí)間越長，閥的導(dǎo)通時(shí)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(jī)通過VISA實(shí)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(jī)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(cè)出氣口的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。根據(jù)協(xié)議，首先將奇偶校驗(yàn)位置為Mark，發(fā)送幀頭字節(jié)，再將奇偶校驗(yàn)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(chǔ)
    系統(tǒng)檢測(cè)的大量數(shù)據(jù)需要?dú)v史查詢和分析，這就不可避免地需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，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(cè)試結(jié)果與分析
    為測(cè)試檢測(cè)系統(tǒng)的性能，用真空電磁閥進(jìn)行了多次試驗(yàn)。在試驗(yàn)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(shí),頻率在200 Hz~800 Hz均勻變化時(shí)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(shí)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(shí)真空電磁閥的性能指標(biāo)。

    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?yàn)?，流量和占空比的增大，閥的吸合程度要相對(duì)較大，導(dǎo)通的時(shí)間加長了所致。而且經(jīng)過多個(gè)閥的實(shí)驗(yàn)證明，合格閥其性能指標(biāo)基本保持不變，而不合格閥其性能指標(biāo)出現(xiàn)較大偏差，能快捷有效地檢測(cè)出閥的質(zhì)量問題。
    基于LabVIEW的真空電磁閥測(cè)試平臺(tái)充分利用了LabVIEW的強(qiáng)大功能，開發(fā)出了界面友好、功能完備的測(cè)試系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)測(cè)試精度和測(cè)試效率高，且系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，大大降低了測(cè)試人員的工作強(qiáng)度，有效地實(shí)現(xiàn)了真空電磁閥的自動(dòng)檢測(cè)。
參考文獻(xiàn)
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