利用LabVIEW的测控系统在摩擦磨损试验机中的应用

　　摩擦材料是汽车制动系统必不可少的功能材料。用摩擦材料制成的刹车片，不但直接影响汽车的操作性、可靠性和舒适性，而且很大程度上影响其安全性。因此摩擦材料的性能在汽车行业中一直受到高度重视。而性能良好的摩擦磨损试验机则是摩擦材料性能测试必不可少的工具。

　　摩擦磨损试验机的性能在很大程度上取决于其测控系统的性能优劣。利用计算机软件对试验过程进行自适应控制以及模糊控制等规律控制，实现试验参数的实时获取，并以曲线或表格的形式动态呈现实时参数等已成为测控领域的整体发展趋势。本文利用LabVIEW语言编写了测控系统程序，该测控系统实现了试验参数的实时测量，可以对数据进行滤波和嵌入C语言进行复杂数据处理；可对实时参数进行曲线显示、存储和报表处理；编制的系统软件具备人机对话功能，操作简单、方便。是智能的人机交互系统。该测试系统可进行恒载荷和恒转矩类型的多种摩擦磨损试验。

　　l 摩擦磨损试验机介绍

　　该摩擦磨损试验机又叫Chase试验机，主要用于对汽车制动衬片的安全情况及摩擦磨损特性做出报告。用于SAEJ661和ISO7881等标准，对摩擦材料进行分级及质量控制。

　　1．1 摩擦磨损试验机的基本要求

　　为达到试验规定的要求，测控系统必须具备以下功能：测量精度满足GB／T17469-98的要求；可满足高速、高温、高载荷下的测试要求；能完成试验过程中的转速、压力、温度等试验参数的设定及摩擦正压力、摩擦力矩、转速、摩擦转盘温度、汽缸进口压力等性能参数的测量；对测量参数与其设定值进行比较，形成闭环控制，使转速、压力和温度维持在试验要求范围内；能实时显示、记录试验过程中的相关数据并生成报表。

　　同时，试验过程中摩擦块与试验盘之间应始终保持贴合状态，无振动现象；试块装卡应便利、可靠，无松缓、卡死现象。

　　1．2 摩擦磨损试验机的试验环节

　　该试验台可完成恒转矩试验和恒载荷试验。恒转矩试验要求系统通过自动调整比例阀来控制输出压力的大小，使转矩保持恒定。恒载荷试验则要求输出压力始终为恒定值。这其中根据加载的连续与否可分为：断续拖磨和连续拖磨，该试验机中跟据国标所进行的预处理试验、终处理试验、磨损试验和恢复试验都是断续拖磨；而第一次衰退试验和第二次衰退试验则属于连续拖磨。

　　2 试验机测控系统的硬件设计

　　2．1 试验机测控系统的硬件构成

　　测控系统的硬件构成如图1所示。

　　系统中调速电机通过变频器可进行无级调速，输出气压的大小通过调整比例阀的大小来控制。加热开关、风机开关和压力开关则分别通过相应的继电器进行控制。

　　2．2 传感器

　　为了精确的完成各类数据的测量，完成各个环节的测试，装置中设置了五个参数测量传感器(包括三路温度传感器)，其精度满足GB／T17469-98中所规定的要求。其具体参数见表1。

　　2．3 信号调理

　　来自传感器的信号一般都比较小且极易受噪声影响，有些信号存在很高的尖峰值，不能直接进行数据采集，在转换为数字信号之前需先进行放大、滤波、隔离等预处理，也就是信号调理，下面就其中的两路调理电路做简单介绍，如图2所示。

　　在图2中：

　　(1)V／I转换电路是将工控机输出的1～5 V电压信号转换成4～20 mA的电流信号。因为该试验机中的调节气源的比例阀是靠电流来进行控制，故首先要将电压信号转换成电流信号。其电路图见图2(a)，其比例关系为：I=VR27／R1R61，其中：V为输入电压；I为输出电流。电路中各个电阻应选择精密电阻，以保证V／I转换的精度。

　　(2)I／V转换电路是将从温度、压力传感器采集到的4～20 mA电流信号转换成计算机能够识别的1～5 V的数字信号。其电路图见图2(b)，由上面电路可以推算出其转换关系为：V=IR19(1+R107／R99)。其中：I为输入电流；V为输出电压；各个电阻也应选择精密电阻。经过对现场的各路信号进行测试，可以看出，经由调理电路的处理，输入／输出的各路数字／模拟信号都有明显的改善，干扰信号大大减少，调理效果很明显。

　　2．4 数据采集卡

　　该系统使用北京研华公司的采集卡PCL-818L和PCL-836，其中PCL-818L卡有16路模拟输人通道，12位A／D转换分辨率，一路12位模拟输出通道，一个16位计数器，采样率为40 kHz。PCL-836包括6个独立的16位计数器，10 MHz的计数频率，还有两个数字I／O接口。

　　3 试验机测控系统程序设计

　　3．1 试验测控系统程序流程

　　试验机测控系统的控制流程如图3所示。