基于LabVIEW与PLC的制动器拖滞力矩检测技术研究.pdf

基于 L a b V I E W 与 P L C的制动器 拖滞力矩检测技术研究 田韶鹏 余晓 星 武汉理工大学汽车工程学院， 武汉4 3 0 0 7 0 【 摘要】 联合 可编 程序控制器 P L C 与虚拟仪器 L a b V I E W 两套控制系统， 结合了 两者的优势， 以上汽 通用五菱公司的M1 5 0和 C N 1 0 0车型为研究对象设计检测实验台架 ， 实现了对汽车液压盘式制动器拖滞力矩的 在线检测。 【 A b s t r a c t 】 P L C a n d L a b V I E W a r e c o m b i n e d ． O n l i n e d e t e c t io n o f h y d r a u l i c d i s c b r a k e d r a g - g i n g mo me n t i s r e a l i z e d b a s e d o n t h e t e s t b e n c h o f M1 5 0 a n d C N1 0 0 i n L i u z h o u S GMW ． 【 主题词】 测量技术制动器汽车 0 引言 制动器拖滞力矩是汽车在非制动情况下， 由 于制动缸活塞的不完全 回位 ， 在取消制动后制动 器仍对汽车起制动作用 的力矩。它会增加汽车的 油耗和因为摩擦热引起制动抱死， 是一个重要的 汽车制动性能指标 ， 直 接影 响到汽车行驶 的安全 性和经济性。 对汽车制动器产品进行在线质量检测 ， 实时 地分析处理测量结果 ， 将所获得 的信息与预先设 定的参数进行 比较 ， 然后根据误差信号作出工 艺 决策， 以保证产品的质量或生产线处于最佳 的运 行状态。并且可 以为改进制动器生产方法 ， 优化 制动器生产过程提供依据 ， 从而推动制动器技术 发 展 。 1 检测技术要求及控制策略 1 ． 1 技术要求 收稿 日期 2 0 0 91 1 0 3 48 本方案 中汽 车液压制动 器 的检 测 由制 动上 泵 、 制动钳体和总成 3个部分组成 ， 装配 由手工完 成 ， 检测台架对生产装配 的中间零件进行装配质 量检测 、 记录 ， 并能对不合格品的原因进行统计分 析 ， 提供相应的图表。 拖滞力矩主要是摩擦力矩 ， 不但损坏零件， 还 容易造成盘式制动器抱死 ， 发生意外事故 ， 增加燃 油消耗。当施滞力矩为2 N m时 ， 燃油消耗将增加 3 ． 1 ％ ～ 5 ． 7 ％ ； 当拖滞力矩为 3 N m时， 燃油消耗 将增加 4 ． 6 ％ ～8 ． 5 ％。通过实 际测试， 摩托车制 动器 的拖滞力矩 在调试 时应控 制在0 ． 5 N m以下 为好。 利用力矩平衡的原理， 把扭矩传感器加在主 轴上车轮刚好转动 ， 此时扭矩传感 器对轮轴 的力 矩与制动器的拖滞力矩大小刚好相等 ， 方向相反。 先用真空发生器把缸 内抽成负压 ， 然后 向缸 内注入 液压 油， 形成 高压 。在 主轴 转速 稳定 为 3 0 0 r ／ m i n 时， 用扭矩传感器 N A I 3记录第 1 圈和第 1 O圈的油压残余扭矩， 以达到检测 目的。 以上检测动作是 由上位机启 动 P L C ， 后面动 作全部由 P L C自动完成 ， 上位机上的操作界面有 上海汽车2 0 1 0 ． 0 3 启动、 停止和复位按钮， 另外在试验 台架外部也接 有停止、 复位开关 ， 停止是在必要时可以随时停止 试验台架的一切动作 ， 再按复位键可 以使一切动 作回到原始位置。 1 ． 2 控制策略 预备加压， 保持一定时间， 反复数次。卸压后 ， 制动盘转动第 圈时拖滞扭矩应不大于工艺要求， 制动盘转动第 Ⅳ圈时拖滞扭矩应不大于工艺要求 值。具体控制流程图如图 1 所示。 一 测 量 拖 滞 力 矩 ＼／ 图 1 控制流程 图 2 台架的总体设计 制动器性能检测试验台架 由上位机 、 下位机、 检测台电路 、 各种传感器、 执行器装置等部分组成。 2 ． 1 上位机 虚拟仪器和 P L C编程软件都安装在作为上位 机的工控机里 ， 通 过 s 73 0 0的通 讯 电缆与 P L C 相连， 在数据采集方面使用的是研华公司的P C I 一 1 7 1 1型多功能数据采集卡。 检测台的软件设计 环境是 图形化 编程 软件 L a b V I E W 8 ． 5 。相对 于传统的文本编程来说 ， 图形 化编程具有直观、 模块集成化、 易上手等特点。通 过 L a b V I E W 可方 便快捷地 编写应用程序 的源 码 及 人机 界面 。 检测系统主要为开关量控制 ， 传感器信号全 部进 L a b V I E W， 再由 L a b V I E W 处理后发送信号给 P L C， 进而控制台架 的检测动作 。本实验台架的所 有动作都由P L C控制驱动步进电机来实现。L a b V I E w采集数据具有相应快， 保真性能好等优点。 2 ． 2下位机 为实现测试 系统 中对执行机构稳定 的控 制 ， 采用 S I MA T I C s 7 - 3 0 0为下位机对系统 中的气缸 、 电机、 阀门等进行控制。 上海汽车2 0 1 0 ． 0 3 整个试验台架的检测动作都由 P L C直接控制 完成， 外部操作只有启动、 停止、 复位开关， 使用的 P L C编程软件是 S T E P 7 ， 它是 S I MA T I C P L C组态 和编程的基本软件包 ， 它能够方便地将 s 7 - 3 0 0全 部功能加以利用 ， S T E P 7包含 了 自动化项 目中从 项 目的启动、 实施到测试 以及服务 ， 每一阶段所需 的全部功能。 2 ． 3 传感器 用于传感工况和提供要求的数值。传感器和 设定值发生器将各种物理参数转变成电信号。 实验台架中， 使用了 M S P 5 1 0 0压力传感器来 控制缸内压力 ， 以及 J Y 9 A 1 0 0位移传感器来控制 步进电机的动作和 B H X 6 - 9 0 1 H X扭矩传感器来提 供所需要的扭矩和转速等实验数据。 2 ． 4执行机构 执行机构采用 的是 N H 7 ． 1 3 0 B Y G 3 5 0 2步进电 动机 ， 通过控制电机的脉冲数、 脉冲频率以及通电 顺序来达到准确快速高效地控制汽缸内的压力。 2 ． 5 检测台电路 试验台有多种传感 器和执行器 ， 它们产生各 种不同类型的信号， 这些信号是控制动作的依据， 如 油压、 气压 、 位移 以及 接近开关等。如果 需要 对这些信号进行处理 ， 则把模拟信号进行滤波、 放 大 ， 处理成为与实验设备相匹配的数字 信号 。为 控制成本， 信号调理装置采用实验室 自制放大 电路。 3 检测结果及分析 本检测设备软件设计带有一个微软公 司的数 据库系统 ， 能够存储数据 ， 并能 自动与设定的标准 对比， 上位机装有打印机串 口， 能将检测结果即时 输出， 如表 1 。 在检测结果 中随意挑选一组连续 的数据 ， 测 得结果都在行业 评价标 准要求 的范围之 内， 而且 波动范围很小， 说 明产 品合格的同时也说明了系 统的稳定性和可靠性 良好。而且试验台强大的 自 动化能力和简易的操作性 ， 大大降低了操作人员 的水平要求并提高了生产效率。 下转第 5 4页 49 就开始下个 阶段 的工作 ， 主要是 出于加快项 目进 程 目的。在这种情况下 ， 同时进入试验的车辆数 就会增加。 表 4的例子中， 正常情况下会有 1 42 1辆车 需要试验。如果所有车型的试验进程 同步 ， 阶段 交错就可能最多造成 3 5辆车需要 同时进场试验 的情况。 所 以道路耐久试验的组织 ， 需要考虑多款式 、 分阶段的特点 ， 制定计划时 ， 需要考虑到可能出现 的最大车辆数。另外 ， 试验工期的变化 ， 对整个计 划安排也会有一定的影响。 5 结语 通过以上的分析可 以知道 ， 在整个道路耐久 试验的组织中， 下列参数属于基本参数 ， 可以表达 所拥有的条件状况 同时允许进入场地试验的车辆数 N ； 单辆车 在单位时间内的能力里程 S s t ； 道路耐久试验要求 里程 。 而对项目完成进度起关键作用的关键参数有 单位时间场地能力里程 S w； 单辆车在单位时 间内实际完成的里程 S s a ； 最大和最小计划车辆数 Ⅳ p ～和 Ⅳ p i 。 道路耐久试验的计划组织是一项复杂的项 目 管理工作。本文所论述的是一些去除各种干扰条 件下的理想计算方法， 实际工作中出现的各种情 况和变化远远要复杂得多。但我们认 为， 不能就 此而放弃对这项工作 中的规律作理论化研究 ， 只 要不断总结积 累， 就能对汽车行业的研 发水平进 步起到推动作用。 参考文献 1 汤迎春 ， 马扎根 ， 王 丽亚．基 于汽车 研发的试验 道路布置 分析 [ J ] ． 上海汽车 ， 2 0 0 9 ， 1 0 ． 2 胡宗武 ．工业工程一 原理方法 与应用 [ M] ． 上海 上海交通 大学 出版社 ， 2 0 0 3， 2 ． 3 何耀华．汽车试验学[ M] ． 上海 人民交通出版社 ， 2 O O 5 ， 8 ． 上接第4 9页 表 1 检测结果 序号 第 1圈力矩 N m 第 1 0圈力矩 N m 备注 l O ． 2 8 0 ． 4 8 合格 2 0 ． 3 5 O ． 3 5 合格 3 0 ． 3 7 0 ． 4 5 合格 4 O ． 2 3 0 ． 3 6 合格 5 0 ． 3 2 O ． 2 3 合格 4 结语 随着现代测试技术与仪器技 术的发展， 目前 虚拟仪器概念 已经发展成为设计复杂测试系统和 测试仪器的主要方法和手段。同时 L a b V I E W 也 已成为测试与测量领域 的工业标 准应用编程 软 件。在此试验台系统 中 P L C作为控制核心， 有机 地结合了 L a b V I E W 强大的数据采集 和处理能力 ， 在检测系统中两者的联合应用不仅保证功能的完 5 4 整性而且增加了通讯的可靠性。 本文的关键 技术在 于采 用 P L C与 L a b V I E W 联合控制， 建立的试验台架满足行业评价标准 ， 性 能稳定高效 ， 提高了生产线装 配质量， 减少 了人为 检测误差和操作失误 ， 完善 了 S G M W 的汽车制动 系统开发流程。 参考文献 1 秦益霖 西门子 s 73 0 0 P L C应用技 术[ M] ． 北京 电子工 业出版社 ， 2 0 0 7 ． 2 柴瑞娟， 陈海霞． 西门子 P L C编程技术及工程应用[ M] ． 北 京 机械工程 出版社 ， 2 0 0 6 ． 3 陈汉讯 ， 张兆营． 摩托车制动器拖滞 力矩的研究 [ J ] ． 摩 托 车技术 ， 2 0 0 5 ． 4 吴向春 ， 陈汉讯 ， 贾健生． 液压盘式制动器钳体强度 自动检 测技术 [ J ] ， 中国水运 ， 2 0 0 7 ． 上海汽车2 0 1 0 ． 0 3