趙張鋒，徐剛

(同濟大學，上海 201800)

0 引言

隨著汽車產業(yè)的快速發(fā)展，同時全球汽車市場的競爭不斷加劇，各大主機廠為了不斷提升各自產品的銷量和自身品牌市場的形象，對產品自身質量的提升越來越關注。其中零部件的疲勞耐久性能的驗證便是產品質量提升的一大基礎要素之一。

零部件臺架耐久試驗的驗證質量不僅僅取決于試驗載荷的大小，試驗方案的設計、耐久過程中的監(jiān)控也尤為重要，可以說疲勞試驗的關鍵就在于能及時發(fā)現裂紋。而目前大多數疲勞試驗的檢查方法都還是依靠目視進行，這樣必然會帶來較大的偶然性和隨機性[1]。另外零件在耐久過程中發(fā)生了什么變化，試驗過程中是否有異?，F象的發(fā)生也都是耐久過程中需要關注的問題。

1 監(jiān)控系統的設計目標

(1)根據工程經驗，可以對試驗過程中的載荷或者位移范圍(Range)進行監(jiān)控，Range=Peak-Valley；

(2)隨著耐久試驗的進行，要實現數據曲線可視化，并要實現可設定時的曲線更新；

(3)根據試驗驅動的不同，要實現對位移以及載荷信號的監(jiān)控；

(4)根據試驗通道的多少，要實現不同通道的顯示，并能在相關參數位置一一對應，以提高軟件界面的高效性；

(5)要可以設置上下限保護和試驗參考曲線，并要實現監(jiān)控數據超限觸發(fā)保護后對應通道可以報警，另外要實現對設備站臺的觸發(fā)停止功能；

(6)耐久試驗過程很長，中間會遇到很多不同的情況，為提高數據曲線的可讀性，需要有數據的濾除功能；

(7)整個軟件在功能設計完成后需要實現界面化，并能實現以安裝包的形式在任何計算機的環(huán)境下進行安裝使用；

(8)以上設計目標都基于MTS793 MPT相關模塊基本功能。

2 監(jiān)控系統設計

2.1 編譯軟件的選擇

結合以上的設計目標，需要選擇一款可以快速、高效的程序編譯軟件進行監(jiān)控系統的設計。

作為實驗室著名的虛擬儀器開發(fā)平臺，LabVIEW軟件在信號發(fā)生、分析、處理及顯示上具有非常明顯的優(yōu)勢，并且該軟件采用圖形模式的結構框圖構建程序代碼，在程序編寫時基本不需要進行程序代碼的編寫，只要通過各模塊圖標和連線的組合實現流程功能。對初學者來說極易上手，可以大大提升工作效率。

另外LabVIEW提供了與其他語言及軟件的相關接口功能，LabVIEW可以通過這些接口，在LabVIEW環(huán)境下調用這些語言進行編程，從而實現各軟件間的功能互通[2]，故文中的系統開發(fā)研究采用LabVIEW作為開發(fā)軟件。

2.2 各功能的實現

(1)信號數據的采集與解析

通過MTS793站臺MPT疲勞模塊的功能[3]，將耐久過程數據進行采集，并保存至指定試驗文件夾下。其中信號的通道包括，試驗時間、次數、位移及載荷數據(Peak-Valley)。

針對系統采集數據的特征，通過LabVIEW軟件各模塊功能，對各類數據進行解析，提取出相關信息，其中包括各通道名稱及試驗次數(Cycle)、對應通道位移Range及載荷Range，該功能作為子程序“Read Data”待用。

(2)數據的可視化及保護設置

利用LabVIEW中X-Y曲線顯示功能對解析后的數據及信息進行可視化顯示，橫坐標為循環(huán)次數(Cycle)，縱坐標為位移或者載荷。不同信號通道可以根據下拉菜單的選擇來定義條件結構的執(zhí)行程序，從而可以改變在XY顯示圖中的顯示曲線。

通過創(chuàng)建數組功能，增加通道上下限值及參考值設置功能。通過條件結構及邏輯判斷，對解析后的數據進行邏輯判定。如數據超出設置的限值則對應通道高亮顯示紅色，實現報警功能。

(3)數據濾除處理及數據更新時間設置

由于耐久時間較長，中間試驗的暫停檢查及設備自身采集的數據偶爾的紊亂都會影響曲線的顯示。為了提高曲線的可讀性，需要濾除干擾數據。主要通過條件結構和循環(huán)結構組合成的邏輯判斷，對數據進行篩選，篩除設置值以下或以上數據。通過對主程序循環(huán)結構中增加等待框圖，則能實現曲線定時更新的功能，該功能主要解決內存占用較大問題，同時可以根據試驗需求自行設置更新時間。

(4)觸發(fā)保護后停止站臺功能

報警燈紅色高亮后并不能實現對設備站臺的觸發(fā)停止，故需要通過LabVIEW與站臺接口文件進行信號的觸發(fā)保護功能，實現當報警燈高亮后即觸發(fā)站臺泄壓或試驗程序停止功能。

(5)初始化及界面優(yōu)化

通過順序結構，在程序開始運行時即對系統界面即內部參數進行初始化設置，當點擊運行“Run”按鈕后才開始對試驗曲線的顯示和更新，以及實現以上相關功能。

為提高系統界面的高效性，需要對相關設置位置顯示對應通道名稱?？梢詫祿馕鲋械耐ǖ烂Q對應賦值給相應通道的設置參數和顯示曲線的標簽值，以提高試驗工程師對數據的觀察效率。

2.3 軟件的打包與安裝

監(jiān)控系統編制及調試完成后，可以通過LabVIEW打包功能將主程序及相關子程序進行打包，生產Setup安裝包，并在試驗站臺計算機上進行安裝，提示安裝成功后便可以使用，如圖1所示。

圖1 軟件界面

3 監(jiān)控系統的使用介紹

監(jiān)控系統設置步驟(圖2)：

圖2 操作步驟示意

(1)打開試驗數據監(jiān)控系統(TTMS);

(2)選擇設備采集文件，即路徑；

(3)點擊運行按鈕“Run”；

(4)選擇對應監(jiān)控的試驗站臺；

(5)切換顯示信號模式“Show Force”or“Show Dis”；

(6)根據信號當前值設置保護上下限及參考值；

(7)設置站臺觸發(fā)保護類型“Program”or”Hydraulic”及打開Interlock狀態(tài)按鈕為“ON“狀態(tài)；

(8)設置數據更新時間；

(9)可以根據試驗過程的數據設置信號濾除范圍參數；

(10)可以根據試驗過程修改上下限保護及參考值。

4 監(jiān)控系統的實施效果

4.1 單通道載荷控制試驗監(jiān)控

試驗項目為橡膠襯套單軸耐久試驗，主要沿橡膠襯套徑向加載往復載荷，采集液壓缸載荷、位移及循環(huán)次數信息，并將采集文件保存在指定文件夾路徑下。

按照以上操作步驟運行監(jiān)控系統，并對相關參數進行設置，監(jiān)控曲線結果如圖3所示。

圖3 單通道載荷控制試驗監(jiān)控曲線

該襯套試驗后并未開裂，但出現較嚴重的磨損和熔膠現象。從監(jiān)控的過程曲線中可以看出，隨著試驗的進行，位移Range在逐漸增大，且波動明顯。但中間段趨于平穩(wěn)，曲線較光滑。試驗后期位移Range又開始繼續(xù)增加，波動也比較明顯。說明隨著試驗的進行，開始時襯套性能在衰減，中間趨于平穩(wěn)，后期衰減加劇。

4.2 雙通道位移控制試驗監(jiān)控

試驗項目為扭梁異向扭轉疲勞試驗，主要沿扭梁兩端面輪心位置進行位移加載，兩端異向加載，模擬扭梁扭轉工況。通過采集兩個液壓缸載荷、位移及循環(huán)次數信息，并將采集文件保存到指定文件夾路徑下。

按照以上操作步驟運行監(jiān)控系統，并對相關參數進行設置，監(jiān)控曲線結果如圖4所示。

圖4 雙通道試驗監(jiān)控曲線

扭梁在197 079次時檢查發(fā)現中間扭桿開裂，207 111次扭桿斷裂。

從監(jiān)控曲線的趨勢上可以看出，約在19萬次左右曲線開始拐頭向下。說明樣件開裂后，在加載位移不變的情況下，載荷逐漸減小，導致載荷Range同樣減小。當超過試驗保護下限值后，軟件亮紅燈報警，同時設備觸發(fā)保護程序停止。

5 結束語

在人工智能快速發(fā)展的大時代背景下，在需要建立智慧試驗室、黑燈試驗室大的著眼點指引下，如何從小處著手。試驗監(jiān)控系統的開發(fā)與應用以及再深入的網絡互聯，就是一個比較好的著手點。

文中通過LabVIEW軟件對汽車底盤零部件臺架耐久試驗監(jiān)控系統進行開發(fā)，能有效監(jiān)控試驗過程中的變化趨勢，能及時發(fā)現試驗過程中的問題，并及時檢查樣件情況。同時能根據所需設置上下限保護及參考值，超限后并能實現與設備站臺間的觸發(fā)保護，使試驗暫停。針對試驗過程中的無效數據也可以根據需求進行濾除處理，大大提升數據的可讀性，提高監(jiān)控效率。