基于虚拟仪器的真空助力器测试系统软件设计

胡 博，叶 纲，吴超海

（中国计量学院，杭州 310018）

基于虚拟仪器的真空助力器测试系统软件设计

胡 博，叶 纲，吴超海

（中国计量学院，杭州 310018）

0 引言

汽车的制动系统状况是否良好，直接关系到行车安全和运输效率。根据大量的运行记录分析表明，行驶中发生事故的原因很多与制动系统质量密切相关。而真空助力器又是汽车制动系统中极为重要的一个部件，因此开发一套汽车真空助力器综合性能在线测试系统具有极其重要的现实意义，结合国内外对真空助力器的一些有效测试方法,我们设计了一套基于虚拟仪器的汽车真空助力器综合性能测试系统，现已成功应用于实际并取得了良好的效果。

1 虚拟仪器简介

虚拟仪器是基于计算机的仪器。它是在通用计算机上加上相应的软件和一定的硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的专用的电子仪器。虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、传感器技术、数字信号处理技术和计算机总线通信技术以及开发软件程序设计等多学科的知识。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的核心，任何一个用户都可以通过改写其软件，方便地改变和增减仪器系统的功能，即“软件就是仪器”。虚拟仪器技术的出现，打破了传统仪器由厂家定义功能、用户无法改变的固定模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才智、发挥想象力的空间，可以随心所欲地根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求[1]。

2 汽车真空助力器综合性能测试系统的总体软件设计

本系统硬件由装有LabVIEW的工控机、数据采集卡、多种类型传感器、汽缸及机械设计另部件等组成。

系统软件运行在Windows平台上，选用美国NI公司提供的LabView7.1软件，由于它的可视化图形化的友好人机界面的特点，编程方便快捷，易于设定测试项目和测试内容等参数。根据《汽车真空助力器技术条件》测试标准QC/T307-1999[2]，要求测试系统能够将压力、位移和真空度等参数经传感器输出，然后由数据采集卡采集，并通过编程实现数据处理，实时显示助力比特性曲线(即输入力与输出力的相关特性曲线)，取得测试样本的始动力、释放力、跳跃值、最大助力点、助力比、密封性等参数。此外，还要求在测试过程中监视测试条件，判断当前条件是否符合要求，并实时加以调整。例如当系统真空度未达到标准时，启动真空泵使其达到测试水平，而当它达到要求值时又能自动停止运行。为完成以上功能，系统软件总体设计框图如图1所示。测试系统主面板如图2所示。

图1 测试系统流程示意图

图2 测试系统主面板

3 主要项目测试的软件

测试系统的主要测试项目及实现软件介绍如下：

3.1 助力比特性曲线的测试和实时显示

助力比特性曲线反应输出力随输入力的变化规律，它由升压曲线和降压曲线两部分组成。在进行该曲线测试的同时，可以得到始动力、跳跃值、最大助力点、释放力、助力比等参数。助力比特性曲线如图3所示。要实时显示其实现的输出力与输入力的关系曲线，我们调用LabVIEW中自带的XY波形显示函数，不断地进行数据采集并储存。具体实现方法是首先判断输出力是否随输入力上升，然后判断输出力与输入力的差值是否达到最大。其程序框图如图4所示。

图4 测试助力比特性曲线程序框图

3.2 最大助力点的判断

在真空助力器特性曲线中，助力比特性线的延长线与输入力和输出力的增量比例为1的直线的延长线的交点[4]。根据以上定义，可以通过逐点采集、寄存和逐点判断的方法来求得该点值，这里我们利用LabView中的移位寄存器功能来实现寄存功能。首先判断曲线是否升压，然后判断输出力与输入力之差是否达到最大得到。其实现的程序框图如图5所示。

图5 求最大助力点的程序框图

助力比的定义是，在助力器特性曲线中，跳跃区以上，最大助力点以下的性能区域内，输出力的增量与输入力的增量之比。该点的算法也涉及到当前量与前一个量之间的计算，因此也需要利用移位寄存器来做存储，需要注意的是，助力比不需要连续取值，只要取到一个就可以停止它的计算，而且在计算该值时也要判断是否在测试要求的区域内。其实现的程序框图如图6所示。

始动力、跳跃值、释放力、等按照定义，采用同样的方法可以得到。此处不再赘述。

3.3 测量误差的修正

系统检测误差很大程度上取决于传感器转换精度，传感器及其调理电路的非线性，带来的误差为确定误差，它可以通过修正加以消除，在本系统中采用软件，进行分段逐段逼近的方法，实现由此引入的误差修正。

4 结论

图6 求助力比的程序框图

本论文采用虚拟仪器技术开发工具LabVIEW，实现汽车真空助力器综合测试系统，实践表明，该系统具有软件设计思路清晰简捷、人机界面友好、检测速度高、结果准确、开发周期短等特点，可满足不同用户需求。目前该系统已交付用户使用,运行状况良好，操作方便，工作稳定可靠。它为我们进一步开发同类项目打下基础，前景广阔。

[1]张凯,郭栋.LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发[M].北京:国防工业出版社,2004.

[2]National Instruments Corporation LabView Help April 2003 edition, part Number 370117C-01.

[3]赵凯.汽车真空助力器的原理及参数计算[J].汽车技术,2001,01:1-4.

[4]QC/T 307-1999 真空助力器技术条件[S].

Design of the software based on virtual instrument for vacuum booster test system

HU Bo, YE Gang, WU Chao-hai

本文论述基于虚拟仪器测试系统的软件设计方法，本系统使用美国国家仪器公司(National Instrument)提供的软件LabVIEW和DAQ数据采集卡，构建了多通道数据采集系统，完成对压力、位移、真空度等多种物理量数据采集、储存、处理和显示，实现汽车真空助力器综合性能的测试。并对这种软件结构的测量系统作了一定的研究，我们的实践证实了以虚拟仪器为基础的测试系统具有方便快捷、低成本、实用、可靠等优点。

虚拟仪器；数据采集；测试系统；LabVIEW

胡博（1958 -），男，浙江杭州人，工程师，主要从事电子信息技术与自动化控制方面的研究工作。

TP391

A

1009-0134(2011)5(上)-0077-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).27

2010-11-01