基于Labview平台车载电磁阀自动测试系统的设计与实现

摘要：介绍了汽车变速箱用电磁阀自动测试系统的工作原理和系统组成，分析流量电磁阀和压力电磁阀的静态、动态和闭环测试方法，引入模块化设计细想，对系统硬件和软件进行模块化设计，开发了集传感器技术，计算机软硬件技术和虚拟仪器技术于一体的自动测试系统。试验结果证明，该测试平台功能齐全、通用性好、测试精度高、扩展和维护方便。

引言

汽车产业一直被列为国家的支柱产业。近年来，国内汽车产业发展迅猛，至2009年已突破年产1000万量的大关。汽车变速箱电磁阀为汽车自动变速箱或手自一体变速箱液压执行装置中的关键部件，其作用是根据发动机和底盘传动系统的负载状况，对油泵输出到各执行机构的油压加以控制，以控制各离合器和制动器的结合与分离实现自动换档。

电磁阀综合特性测试的测试项目多，测试系统复杂且要求高可靠性和柔性。国际上有较为先进的电磁阀检测设备，可实现对各种型号电磁阀的高精度和高效率自动测试。不足之处是这类检测设备的价格昂贵且设备供应周期和后期维护都较困难^[1]。基于实际汽车变速箱电磁阀测试需要，研制一种基于虚拟仪器技术的电磁阀自动测试系统，本系统以Labview平台为测试核心，采用模块化的软硬件设计模式，提高测试系统的开发效率，增强系统的可扩展性，大大降低实验成本，从而加快电磁阀测试系统的研制开发速度，是未来电磁阀测试系统的发展趋势^[2-3]。

1 系统组成和工作原理

电磁阀自动测试系统可完成汽车变速箱流量电磁阀和压力电磁阀两种类型电磁阀多个试验项目的测试工作，测试系统以Labview平台为控制及测试核心，由计算机测试系统，静/动态特性测试模块，闭环特性测试模块，传感器信号测试模块组成，在软硬件配合下完成电磁阀静态，动态和闭环特性测试功能。

计算机测试系统利用Labview强大的信号分析处理功能，实现虚拟信号发生器、信号采集、数字滤波、曲线拟合、参数计算、在静/动态特性测试模块、闭环特性测试模块、传感器信号特性测试模块等硬件的配合下，实现流量电磁阀、压力电磁阀的静态特性、动态特性和闭环特性分析，分析结果以曲线形式显示输出，并根据需要实现试验数据的保存，打印及报表输出。图1是测试系统功能结构图。

2 静/动态特性测试模块设计

在静态和动态测试中，液压油经过液压泵加压后，再经流量传感器或压力传感器流入到电磁阀，油液从电磁阀的出口经过压力传感器最后回到油源。

静态特性测试时，计算机系统虚拟信号发生器输出三角波信号，经恒流源模块输出给电磁阀线圈，驱动电磁阀工作。进行动态特性测试时，计算机测试系统输出方波信号，经恒流源模块输出给电磁阀线圈。电流信号测试模块将阀线圈电流信号调理成对应比例的电压信号后，输出给计算机测试系统采集。流量信号测试模块负责流量阀测试，在进行流量电磁阀测试时，流量信号测试模块将液压系统中的流量传感器输出信号调理成等比例流量信号后，输出给计算机测试系统采集。同样地，压差信号测试模块负责压力阀测试，测试时，压差信号测试模块将A、B腔压力传感器输出信号调理成等比例压力差信号后，输出给计算机测试系统采集。图2是静/动态特性测试功能结构图。下面对各主要模块做详细介绍。

恒流源模块是静/动态测试的关键，本文选取了体积小、效率高，电流调节范围宽的集成电路恒流源为电磁阀提供恒定电流^[4]，其主要元件是功率运算放大器，功率运算放大器是集成运算放大器的一种，一般的集成运放输出电流较小，难以提供大功率驱动阻抗大于3Ω的负载。功率运放特指能够输出大功率驱动负载的运放。文中选用MSK公司的军级MSK541B功率运算放大器构成悬浮负载恒流源，图3是悬浮负载恒流源电路图。其输出电流最高可达10A，远超过系统测试的最高要求。

流量和压力电磁阀静态测试时，均需三角波信号，所以对恒流源模块的线性度要求较高，图4是恒流源模块线性度测试曲线，由图4可知，恒流源电流输出能力在5A以上，电路能够保持非常好的线性度，非线性误差<1‰，远高于测试需求。

流量信号测试模块由“F/V变换”+“比例调节”+“零位调节”+“显示仪表”+“同相跟随”组成，首先用F/V变换电路将流量计输出的频率信号转换成易于采集的电压信号，比例调节电路将电压信号与流量信号调节成1：1比例，那么电压值就可以直接反应对应的流量值，本系统流量测量范围可达0~100L/min。显示仪表采用高精度数字显示仪表，放置于整个系统的前面板，方便调试时数据观察。

压差信号测试模块由 两个“I/V变换” + “减法器”+ “比例调节”+“低通滤波”+“显示