摘 要：在对国内外对涡轮增压器执行器的功能要求及对真空执行器的测试方法研究的基础上，提出了一种一次装夹，自动测试真空执行器综合性能的测试仪。仪器具有定压力下测试真空执行器的位移与定位移情况下测试真空执行器压力的能力。试验证明：该测试仪使用方便快捷，真空压力控制精确，位移检测精准，具有较大的推广价值。
关键词：真空执行器；真空压力；直线位移；数据采集；真空发生器
0 引言
随着现代电子技术的飞速发展，特别是电控技术在汽车上的广泛应用，使得汽车的内涵和功能不断拓展和延伸。发动机电控作为汽车电控中的重要一环，其电控系统主要由传感器、电子控制组件(ECU)、执行器 3个部分组成。其中执行器用来精确无误地执行 ECU发出的命令信号。因此，执行器工作的精确与否将最终影响电控的成败，其工作可靠性和精确性一直作为研究重点而备受关注。本文所涉及到的真空执行器是一种涡轮增压器的一种执行件。由于执行器的结构、执行器的膜片摩擦力和弹簧预紧力等因素，执行器系统往往表现出滞后和非线性特性，所以判定执行器的好坏可通过对执行器加压获取行程数据得到，在执行器生产行业，检测手段相对的落后，压力以及行程的读取通常由人工实现，效率低且容易产生错误。而且只能对单件或小批的抽检产品进行控制，不能控制批量大的产品，因此会使不合格的产品出厂，但是国内、外还未见有自动测试的报告。本文借鉴前人的经验，提供了一套涡轮增压执行器的自动测试设备的设计方法。
1 真空执行器综合性能试验机的机械结构
真空执行器是ECU的重要组成部分，其结构如图1所示[1]。
图1 真空执行器的结构
要测试真空执行器的综合性能，机械方面涉及到3个方面的内容：即执行器的定位，夹紧及位移的测量装置。因此设计了如图2所示的机械总体结构[2]，该结构包含位移传感器、夹紧气缸、位移直线导轨、滑台导轨、锁紧块及定位块。
图2 执行器测试系统机械总体结构
由于执行器的结构有不同的形式，执行器的行程也有不同的规格，所以在设计执行器测试系统的机械机构时，需要考虑结构长度与行程的变化。
1) 位移传感器机构
位移传感器机构包括位移传感器、位移传感器连接杆、位移直线导轨等。位移传感器的头部连接在位移连接杆头部，位移连接杆的尾部安装在导向导轨的导向滑块上。而执行器的螺杆总成安装在位移传感器的连接杆上。当执行器位移产生时，执行器的螺杆总成推动位移传感器的连接杆，从而带动位移传感器的运动。
2) 锁紧块装置
锁紧块装置由导轨、压块及旋转手柄组成，压块通过螺钉锁紧在旋转手柄上。结构装置如图3所示。将执行器安装在固定夹具上，调整滑台的位置，其螺杆总成安装在位移传感器连接杆上后，旋动锁紧旋钮，使得压块紧紧地压在导轨上，保证了滑台测试过程中是锁紧的。滑台的固定选择了2根导轨，是考虑到该测试平台要适应不同型号的执行器进行检测，而不同型号的执行器的工作行程是有所区别的，工作行程的不同可以通过滑台在导轨上的不同位置来调整，以适应不同型号真空执行器产品的测试要求。
图3 锁紧块装置
3)定位夹紧机构
测试过程中，真空执行器的定位是相当重要的。真空执行器的型号很多，本测试设备完成测试的型号有：HIY-85A、HEY-2A、HIY-35E、HEY-4A、HIY38B、HIY45B等。每种执行器的尺寸均不相同。在机械设计上，虽然每种执行器的结构不一样，但是可以通过转换来实现统一。真空执行器安装板的安装是通过1个底面与2个短销来实现，设计的安装板除了安装孔等不一样外，其余的均相同。定位图如图4所示。
图4 执行器安装板的安装图
执行器定位完成后，需要进行夹紧。本设计的夹紧机构如图5所示。定位夹紧机构由气缸安装架、夹紧气缸、压紧板、可调挡块等组成。气缸的出杆由2根导向导杆与气缸的前端的压板连接。2根导杆起到导向与防转的功能。当气缸伸出时，气缸出杆带动2个导杆和压紧板前行，将执行器压紧，压紧板用尼龙制作，避免在夹紧过程中产生划伤。气缸安装在气缸安装架上。气缸安装架安装在可调挡块中。当不同规格的执行器进行测试时，气缸与定位块之间的距离可根据执行器的大小进行调节。从而适应了不同规格的执行器的测试。
图5 定位夹紧机构结构图
2 真空执行器综合性能试验机的软硬件设计
系统采用PLC 与PC作为控制系统，在PLC上的输入、输出点的分配如下：1) 输入信号：X00(紧急停机)、X01(启动按钮)、X02(停止按钮)。2) 输出信号：Y00(运行指示灯)、Y01(合格指示灯)、Y02(不合格指示灯)、Y03(故障指示灯)、Y04(电磁阀1 )、Y05(电磁阀2)。3) 输入模拟量：CH0(位移传感器)、CH1(压力传感器)。4) 输出模拟量：CHO(气动伺服阀)。根据上述的情况，PLC选用松下FP0 C14RS+扩展模块A21。其原理图见图6[3]。
图6 PLC控制原理接图
软件设计是系统的一个重要的内容，软件系统的上位机测控软件采用VB6.0作为编程环境[4]，软件主要是完成数据采集和处理，能够实现对压力与位移的定点采集、电压与位移的定点采集，并能实现实时显示，画出压力与位移的曲线图，电压与位移的曲线图。同时能测定位移点的压力值的大小，位移点的电压大小等。主运行流程如图7所示。软件界面如图8所示。
图7 软件主要流程
图8 软件界面
3 试验验证
如上已经搭建了硬件线路，加工与装配了机械部分，编制了控制软件，研发了SU-K2真空执行器测试仪。现应用SU-K2系统，对霍尼韦尔的 HEY-2A执行器进行测试，数量为10个，对该10个真空执行器进行10次定位移试验与10次定压力测试。
在-45.3～-50.7 kPa范围内，位移为0.2 mm，在-23.6～-32.9 kPa 范围内，位移为5.0 mm，在-9.3～-20.1 kPa范围内，位移为 8.0 mm。反之，在位移为0.2 mm，压力要求在-45.3～-50.7 kPa范围内，在位移为5.0 mm，压力要求在 -23.6～-32.9 kPa 范围内，在位移为 8.0 mm ，压力要求在-9.3～-27.1 kPa范围内，测试的结果如表1，表2所示。
表1 定压力测试的10次测试数据
续表1
表2 定位移的10次测试表
4 结语
本文所研制的SU-K2真空执行器测试系统通过对霍尼韦尔2种型号的真空执行器进行检测，结果表明：对于定位移情况下测量的气压的重复精度的相对误差< 4.6%(标准5%)。对于定压力情况下测量的位移的重复精度的相对误差<3.3%(标准5%)。这2个试验充分表明，该系统实现了测试系统预期的功能。同时能满足多品种真空执行器测试的需要。具有重要的应用价值。
