馬雨佳

摘 要：在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中，汽車工業(yè)也步入了新的發(fā)展時(shí)代，人們對(duì)于汽車的性能和安全性越來越看重，而制動(dòng)系統(tǒng)則是汽車在行駛中對(duì)駕駛員生命安全系統(tǒng)的最大保障，是目前汽車工業(yè)中最看重也是最嚴(yán)格的一項(xiàng)汽車系統(tǒng)。在制動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)軟管是一項(xiàng)重要的組成部分，其主要用于介質(zhì)的傳遞和儲(chǔ)存，為汽車制動(dòng)器提供加力的液壓或者氣壓的柔性輸送。本文依照汽車制動(dòng)軟管性能的綜合測試系統(tǒng)來展開敘述，討論當(dāng)前在汽車制動(dòng)軟管性能檢測方面的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：汽車制動(dòng)軟管;性能綜合測試系統(tǒng);應(yīng)用分析

1 前言

所謂汽車制動(dòng)軟管，就是在汽車制動(dòng)系統(tǒng)中一項(xiàng)將介質(zhì)傳遞或者儲(chǔ)存起來的導(dǎo)管，這種導(dǎo)管可以將汽車制動(dòng)器加力所需要的氣壓或者液壓柔性輸送過去，是一項(xiàng)非常重要的制動(dòng)系統(tǒng)組成部分。目前在市面上制動(dòng)軟管的類型有多種，因?yàn)檫@種產(chǎn)品的不可替代性和重要性，國家也針對(duì)汽車制動(dòng)軟管進(jìn)行了國家產(chǎn)品質(zhì)量“3C”強(qiáng)制認(rèn)證，為了能夠更好的保證汽車行駛效果和安全，對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和測試將非常有必要。

2 汽車制動(dòng)軟管檢測技術(shù)

汽車制動(dòng)軟管目前大多都采用了橡膠材料，當(dāng)制動(dòng)發(fā)生，制動(dòng)軟管會(huì)快速的將一定體積的介質(zhì)來傳輸，這也就導(dǎo)致了瞬時(shí)產(chǎn)生的壓力十分巨大，對(duì)于汽車制動(dòng)軟管的綜合監(jiān)測也大多都是對(duì)制動(dòng)軟管的抗壓、膨脹、爆裂等指數(shù)進(jìn)行檢測。在參照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)后，需要檢測部門能夠停止傳統(tǒng)的手工檢測方式，將高溫脈沖、最大膨脹量、爆裂實(shí)驗(yàn)等檢測過程集成到一個(gè)系統(tǒng)中去，研發(fā)出一套集控制、通訊、報(bào)警等功能于一身的汽車制動(dòng)軟管檢測系統(tǒng)。目前國內(nèi)在制動(dòng)軟管檢測方面的技術(shù)依然不如國外，還需要加強(qiáng)對(duì)檢測系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)，設(shè)定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，研制出汽車制動(dòng)軟管綜合檢測系統(tǒng)，開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，從而提高實(shí)驗(yàn)效率[1]。

3 測試系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 縮徑后的內(nèi)孔通過量

對(duì)于縮徑后的內(nèi)控通過量的測試主要是針對(duì)于接頭扣壓力對(duì)軟管管體內(nèi)孔通過量的影響。如果這一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)的化，將會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)液的流動(dòng)和制動(dòng)力的傳遞受到非常嚴(yán)重的影響。一般來說，其內(nèi)孔通過量不達(dá)標(biāo)主要是體現(xiàn)在接頭管芯內(nèi)徑規(guī)格問題以及接頭與軟管鉚接的問題。

3.2 最大膨脹量

因?yàn)闅怏w比液體在承受相應(yīng)的壓力過程中更能夠產(chǎn)生體積的變化，所以在液壓制動(dòng)軟管中因?yàn)轶w積變化而產(chǎn)生的制動(dòng)影響是可以忽略的，所以在國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于氣壓制動(dòng)軟管的要求更嚴(yán)格。目前在市面上，常用到的氣壓制動(dòng)軟管的內(nèi)徑分別在φ3.2、φ4.8和φ6.3三種，而我國的相關(guān)規(guī)定則規(guī)定了對(duì)于不同內(nèi)徑的軟管其在不同的壓力下最大膨脹量值（注意此處的最大膨脹量值是指單位長度的制動(dòng)軟管在一定的體積下所形成的膨脹變化）。最大膨脹量代表著該制動(dòng)軟管在汽車緊急制動(dòng)下能否做好制動(dòng)介質(zhì)的傳遞工作，一旦其不符合規(guī)范，那么在制動(dòng)過程中將很有可能會(huì)延遲制動(dòng)，并且出現(xiàn)制動(dòng)軟管爆炸的情況[2]。

3.3 爆裂強(qiáng)度

因?yàn)橹苿?dòng)軟管常常需要承受大量的壓力，所以對(duì)于其爆裂強(qiáng)度的要求是十分嚴(yán)格的，這也是汽車工業(yè)中比較看重的問題，檢測機(jī)構(gòu)和汽車制動(dòng)軟管企業(yè)在對(duì)制動(dòng)軟管進(jìn)行檢測的過程中也會(huì)首先去檢查其爆裂強(qiáng)度是否合格。一般來說，液壓制動(dòng)軟管是會(huì)分為單層和多層兩種，多層則是由外膠層、加強(qiáng)層和內(nèi)膠層進(jìn)行組合，而主要的承受壓力部分則是加強(qiáng)層，起到了強(qiáng)化制動(dòng)軟管耐壓能力的作用。所以要保證爆裂強(qiáng)度，就必須要選用質(zhì)量達(dá)標(biāo)的材料，加強(qiáng)汽車制動(dòng)軟管的爆裂強(qiáng)度。

3.4 抗拉強(qiáng)度和耐臭氧性

因?yàn)槠嚱?jīng)常會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎過程，一旦發(fā)現(xiàn)過度轉(zhuǎn)彎或者連續(xù)性轉(zhuǎn)彎將會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)軟管的接頭與軟管形成脫落情況，甚至?xí)鹬苿?dòng)軟管的斷裂，這是非常危險(xiǎn)的情況。依然對(duì)液壓制動(dòng)軟管來說明，依照國家相關(guān)規(guī)定，液壓制動(dòng)軟管的抗拉強(qiáng)度必須要在1446N以上，在對(duì)管接頭扣壓的設(shè)計(jì)和加工中一定要注意其牢固性設(shè)計(jì)，防止其脫落。而汽車軟管使用過程的制動(dòng)液泄露基本上都是因?yàn)槠浔怀粞跛g，這一部分的檢測是需要針對(duì)制動(dòng)軟管的表面裂紋進(jìn)行的，也就是外膠層[3]。

4 汽車制動(dòng)軟管測試系統(tǒng)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 電氣控制系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)關(guān)鍵就在于可編程控制器PLC，通過與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)后則可以直接在上位機(jī)中獨(dú)立運(yùn)行，后文將會(huì)談到上位機(jī)的選取和功能。通過對(duì)測試系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，將數(shù)字控制信號(hào)發(fā)送到柱塞泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電磁換向閥等閥體中，并對(duì)比例溢流閥和比例減壓閥發(fā)出模擬量控制信號(hào)，同時(shí)接受數(shù)字壓力傳感器傳輸?shù)哪M量信號(hào)，并提供一些手動(dòng)操作方式等。由于上述過程依賴于PLC控制，在設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)的過程中，要注意PLC地址空間的定義，做好主程序和各項(xiàng)子程序的設(shè)計(jì)。

4.2 控制程序軟件通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

控制程序軟件設(shè)計(jì)因?yàn)槟壳凹夹g(shù)的原因，只能夠利用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和梯形圖電路設(shè)計(jì)法相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，這種方式比較看重設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，而梯形圖電路設(shè)計(jì)法與繼電器電路相似，配合好PLC外部硬件接線圖將能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能。其次是通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。信息層主要是上位機(jī)和下位機(jī)的通道，通過Ethernet方式來達(dá)到數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、安全傳輸。上位機(jī)采用工業(yè)用電腦，而下位機(jī)則采取PLC控制器。主站到從站建的控制層就包括下位機(jī)與溫度控制器的串行通信，這就需要做好串口的銜接以及對(duì)溫控器PID參數(shù)和數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控[4]。

4.3 串行傳輸

以太網(wǎng)可以較好地將通信服務(wù)測試管理和執(zhí)行現(xiàn)場進(jìn)行銜接，但是應(yīng)用以太網(wǎng)需要多項(xiàng)設(shè)置工作，目前較多使用的是串行傳輸。串行傳輸大部分的工業(yè)級(jí)控制器和執(zhí)行器都能夠支持，只需要將相應(yīng)的需要在下位機(jī)中做好各項(xiàng)設(shè)置的定義就可以保持通信。在實(shí)際的檢測系統(tǒng)操作時(shí)，還是需要采用分段式編程方法來做好PLC編程工作，這樣可以有效地減少程序的編寫復(fù)雜性，更加提高了程序的可行性和通用性，調(diào)試效率也會(huì)相應(yīng)的增加。

4.4 液壓泵以及環(huán)境箱PID控制

在本文的汽車制動(dòng)軟管設(shè)計(jì)方案中所采取的自動(dòng)化控制方式分為爆裂實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化控制與膨脹量自動(dòng)化控制以及高溫脈沖周期保壓過程自動(dòng)化控制。這些都是通過相應(yīng)的壓力傳感器來反饋壓力值的，并且控制過程將會(huì)直接控制好柱塞泵的驅(qū)動(dòng)電力轉(zhuǎn)速。而這一過程將是基于PID控制理論來進(jìn)行。所謂PID控制，就是指比例（P）、積分（I）和微分（D），即分別代表著控制器輸入與輸出誤差信號(hào)比例、積分項(xiàng)消除穩(wěn)態(tài)誤差、微分項(xiàng)預(yù)測誤差變化趨勢三方面內(nèi)容。

5 上位機(jī)界面設(shè)計(jì)和測試系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

5.1 上位機(jī)界面

目前制作上位機(jī)監(jiān)控程序的方法有很多，但是因?yàn)樵谄囍苿?dòng)軟管的檢測過程中需要經(jīng)過多項(xiàng)數(shù)據(jù)變量的檢測，所以對(duì)該監(jiān)控程序的性能要求較高，本文直接選擇工業(yè)組態(tài)軟件FIX組態(tài)王來開發(fā)。FIX組態(tài)王簡單來說就是一種智能軟件包，在PC機(jī)上來建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口，選擇其的原因就在于其人機(jī)界面功能工具多樣切使用變價(jià)、通訊功能強(qiáng)大、數(shù)據(jù)采集功能高效、故障診斷與恢復(fù)功能優(yōu)化、報(bào)警和事件管理功能先進(jìn)以及其數(shù)據(jù)獲取以及處理較為廣泛。組態(tài)王可以通過連接網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)現(xiàn)場需要來提供多重冗余手段，使得系統(tǒng)更加可靠，同時(shí)其對(duì)于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效讀取并實(shí)時(shí)發(fā)出指令。在利用組態(tài)王進(jìn)行監(jiān)控過程中，要選擇好測試項(xiàng)目，其測試界面包括有壓力上升與速率趨勢圖、自手動(dòng)切換按鈕、自手動(dòng)操作面板、參數(shù)修改界面、打印等其它功能。因?yàn)榻M態(tài)王的報(bào)表系統(tǒng)是內(nèi)嵌式的，所以在軟件內(nèi)部就可以去組態(tài)報(bào)表，利用其提供的多個(gè)函數(shù)來做好實(shí)時(shí)報(bào)表并打印[5]。

5.2 測試仿真系統(tǒng)

本文選取AMESim來作為測試系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，其是一種液壓/機(jī)械系統(tǒng)建模、仿真和動(dòng)力學(xué)分析軟件，具有強(qiáng)大的多學(xué)科領(lǐng)域通訊功能，并且擁有圖形化建模方式和強(qiáng)大的二次開發(fā)能力，搭配魯棒性極強(qiáng)的智能求解器和齊次分析工具，非常適用于汽車制動(dòng)軟管測試系統(tǒng)中的仿真測試工作。首先在液壓系統(tǒng)方面，通過AMESim系統(tǒng)可以建立起一個(gè)仿真模型庫，為了解決液壓系統(tǒng)元件繁多的問題，可以通過HCD來提供特殊模型。其次是高溫脈沖仿真，在仿真過程中需要注意4點(diǎn)，也就是元件庫和信號(hào)庫的建立、數(shù)字模型的選取、設(shè)定圖形模塊參數(shù)以及設(shè)置仿真時(shí)間、步長以及方式。最后是爆裂系統(tǒng)的仿真，該過程中增壓缸模型是需要HCD來搭建的，對(duì)于系統(tǒng)壓力也需要比例溢流閥實(shí)時(shí)控制，所以得出結(jié)果時(shí)間較長[6]。

6 結(jié)束語

綜上所述，本文對(duì)汽車制動(dòng)軟管綜合檢測技術(shù)進(jìn)行了概述，將汽車制動(dòng)軟管所需要檢測的多項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行說明。并對(duì)汽車制動(dòng)軟管綜合檢測系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，描述了檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、上位機(jī)界面選取以及仿真系統(tǒng)的建立要點(diǎn)，因?yàn)槠驘o法詳述，希望可以為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

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