汽车空气干燥器在线检测系统研究*

罗 哉，师超钰，胡晓峰，刘宁霞，魏 青

(中国计量学院 计量测试工程学院，杭州 310018)



汽车空气干燥器在线检测系统研究*

罗 哉，师超钰，胡晓峰，刘宁霞，魏 青

(中国计量学院 计量测试工程学院，杭州 310018)

针对国内汽车空气干燥器自动化检测效率低、精度差的不足，依据国家汽车行业相关标准、结合厂家用户要求设计专用的在线检测系统。采用计算机控制理论与机电一体化技术、气动技术相结合，实现快速自动化在线检测。该系统可以完成干燥器的调压阀特性测试和密封性测试，并对测试数据自动分析处理、保存回放。试验表明，该检测系统能够高效准确地检测空气干燥器的性能，测试误差小于5%，测试不确定度小于0.5kPa，满足工业现场的要求。

空气干燥器；在线检测；调压阀特性；密封性

0 前言

汽车空气干燥器主要应用于汽车的气制动管路中，用于去除压缩空气中的水分等杂质，提供干燥洁净的空气。使用干燥器可以有效地防止制动系零部件锈蚀失效、管路冻结，从而减少制动失灵的现象，提高车辆运行安全性及可靠性[1-2]。

目前我国汽车制动阀类产品的质量检测领域普遍存在技术落后、效率低、精度差，甚至无法测试某些特性的现象[3-4]。国内现有的汽车空气干燥器检测设备，更是专用性不强、自动化程度不高、检测效率低、测试精度低，不能满足工业生产中的要求。

针对空气干燥器检测领域的不足，设计出一种专用的在线检测系统，快速装夹自动检测，测试结果精确有效，保证了干燥器生产厂家的检测效率和生产质量。

1 干燥器结构原理及检测项目分析

k.干燥滤网j.螺旋形通路α.干燥剂I.斜孔g.调压阀膜片总成n.阀门d.活塞e.排气阀门图1 空气干燥器 内部结构图

汽车空气干燥器的内部结构如图1所示。压缩空气从1口进人A腔，经过干燥滤网k、螺旋形通路j后通过干燥剂α到达C腔，C腔干燥气流一部分通过22口流入再生贮气筒，另一部分经单向阀流入21口向后续系统供气，同时部分气流从斜孔I流入D腔，作用于调压阀膜片总成g。当系统气压超过调压阀弹簧预紧压力时，阀门n打开，空气从D腔进入B腔，推动活塞d向下移动，打开排气阀门e，空压机卸荷。空压机卸荷时再生贮气筒内的空气反向流动，从3口排出，反吹气流通过干燥剂时带走水分，实现干燥剂的活化再生。

系统气压随着排气卸荷及后续用气下降，阀门n在弹簧的作用下关闭，B腔空气由调压阀活门座小孔排入大气，排气阀门e关闭，进入下一个供气卸荷循环。周而复始，21口气压值始终保持在一定范围之内，实现自动调压。

通过对空气干燥器的结构原理综合分析可知，其自动调压的性能对其整体功能的实现至关重要。参照汽车行业标准QC/T 38-1992《汽车与挂车 气压调节保护装置台架试验方法》[5]，依据相关技术参数，并结合干燥器生产厂家的需求，确定系统在线检测项目主要有调压阀开启、关闭压力的测试和密封性测试。

2 检测系统设计

2.1 系统总体结构

系统设计中综合运用计算机控制理论、气动控制技术、机械传动技术以及机电一体化技术，系统由硬件部分和软件部分构成，结构原理如图2所示。

硬件部分包括工控计算机模块、数据采集控制模块、测控与调理电路模块、气路控制模块和机械工装夹具。软件部分负责协调各个硬件模块，处理数据，以及人机交互。

图2 系统结构原理图

2.2 系统工作原理设计

通过分析系统的功能和结构原理，设计的系统的气路原理如图3所示。

1.气源2.过滤减压阀3.20L储气罐4.5L储气罐5.1L储气罐6.标准容腔7.电气比例阀8～14.二位二通电磁阀15.二位三通电磁阀16～19.节流孔20～21.气压传感器22.差压传感器23.流量传感器24.单向阀25～26.调压阀27～31.二位五通电磁阀32.气液增压缸33～34.气缸。

图3 系统气路原理图

系统的气路分两路，分别用于产品测试与产品装夹。采用电气比例阀控制工作气压，采用电磁阀控制各气路的通断逻辑，气缸动作实现固定被测件和密封输入输出口。

测试调压阀特性时，打开8，以一定升压速率充气，当气压达到预设值后打开13，当23检测到排气口突然排气时，获取21的示值，即为调压阀开启压力；然后，被测件21口的气压以一定速率下降，当23检测到排气口停止排气时，获取21的示值，即为调压阀关闭压力。调压阀开启压力和关闭压力的差值，即为压差。

密封性测试选用压差检漏法，检测并记录测试阶段前后压差ΔP，公式变换推导出泄漏率[6]，并通过状态参数变换使测试时间从行业标准规定的5min缩短为15s，提高检测效率[7]。测试整体密封性时，打开9、15和11向被测腔和标准腔6供气，达到设定压力后关闭9，停止供气，稳压15s后关闭11开始测试，获取22的示值；测试出口单向阀密封性时，打开9向被测腔供气到设定压力后，关闭9并打开10，稳压15s后开始测试，获取测试阶段前后21的差值。

2.3 系统机械工装夹具设计

系统的机械工装夹具结构如图4所示。夹具底板上固定两根直线滑轨，测试滑台在滑台气缸的推动下可在滑轨上滑动，滑台上方和右侧分别置有活动端连接有封堵头的气液增压缸和侧封气缸。

1.夹具底板 2.直线滑轨 3.测试滑台 4.滑台气缸 5.被测件 6.侧封气缸 7.气液增压缸

图4 机械工装夹具图

开始测试时，被测件置于测试滑台的产品座上，滑台带动被测件到达设定位置，气液增压缸和侧封气缸实现向下和横侧向工件压紧，同时封堵被测件的输入输出口。通过电磁阀和调压阀控制气缸的进程状态和施力大小，同时配置磁性开关及光电开关进行到位判断[8]，可以实现自动快速装夹，使系统工作高效、安全、可靠。

2.4 系统软件设计

系统软件基于LabVIEW平台，采用模块化设计[9]，可以划分为启动模块、特征参数设置模块、数据输入输出模块、性能测试模块、结果保存回放模块，具有设备自检、系统初始化、测试参数设置、系统标定、数据采集处理、过程监控、测试结果保存打印查询、产品合格判断、安全防护等功能。软件测试流程如图5所示。

图5 软件测试流程图

3 测试结果分析与不确定度评定

3.1 调压阀特性测试结果分析

选择一个调压阀特性已知(标准值见表1)的空气干燥器样件，将其置于检测系统产品座上，在常温、工作气压1.0MPa下进行试验，在软件启动界面完成测试项目、特征参数的设置后，按下启动按钮，对干燥器的调压阀特性进行自动化检测，实测1口和21口气压变化如图6所示。

图6 气压变化曲线

被测干燥器的开启压力允许范围为780～1000kPa，压差允许范围为60～150kPa，测试误差需小于5%。将测试值与标准值比较，分析结果如表1所示。

表1 调压阀特性测试结果

从测试结果可知，开启压力值和压差值均在规定范围内，被测产品合格，测试精度满足要求。

3.2 密封性测试结果分析

在常温、工作气压750kPa下，对干燥器被测件的整体密封性和出口单向阀密封性分别进行测试，测试时间15s，测试压降分别为0.29kPa、0.41kPa。依据相关行业标准及厂家的技术指标，整体密封泄漏量不得大于0.6kPa，出口单向阀密封泄漏量不得大于1.2kPa，测试结果满足要求。

3.3 测试结果的不确定度评定

基于贝叶斯理论对测试结果进行了不确定度A类评定，这种方法综合利用历史信息和当前样本信息，对单次测量、小样本测量及大样本测量都有较合理的评定效果[10]。

贝叶斯理论将参数μ作为随机变量，并已有反映实验前μ信息的先验分布，测量得到测量样本X=(x1,x2,…xn)后，由先验分布和当前测量样本计算的μ后验分布。用公式表示：

h(μ|x)∝p(μ).L(μ|x)

(1)

式中h(μ|x)为后验分布密度函数，p(μ)为先验分布密度函数，L(μ|x)为当前测量样本的似然函数。前一次的后验分布可以作为下一次计算的先验分布。

图7 贝叶斯评定流程图

用本测试台在环境条件基本一样的情况下，在两个不同时段，先后对上述同一干燥器被测件进行测试，每一时段测试10次，结果记录(只列出开启压力)如表2所示。

表2 开启压力测试数据

将第一时段数据作为先验信息，第二时段数据作为当前样本信息。分别计算两组数据的均值和样本标准差，见表3。

表3 两组数据的统计特征值

可得先验分布密度函数为：

(2)

当前样本关于均值的似然函数为：

(3)

由贝叶斯共轭分布理论知，后验分布也是正态分布。将式(2)和(3)代入公式(1)可得后验分布为：

(4)

(5)

通过公式(4)和(5)计算可得，μ1=889.16kPa，σ1=0.42kPa，即开启压力测试数据的贝叶斯评定结果为889.16±0.42kPa。

同样的，对被测件的其它各项性能参数进行贝叶斯评定，结果见表4。

表4 各测试项评定结果

从评定结果可以看出，各性能参数的测量不确定度均小于0.5kPa，在可接受范围内。同时，将开启压力和压差的估计值与其标准值比较，测试误差满足厂家5% 以内的要求。

将表2数据与开启压力标准值比较可知，开启压力的测试存在一个系统误差，这是由于流量传感器检测到流量再捕获开启压力值时发生了滞后。该误差完全在厂家认可的范围内，并可以通过N′=N+△N来修正。

4 结论

本文提出并设计了一种汽车空气干燥器在线检测系统，实时显示曲线，灵活设置参数，高度自动化，测试精度好，检测效率高。试验结果表明，系统结构合理、操作简便、运行稳定、测试精确，完全满足工业现场中汽车空气干燥器在线检测的要求，已成功运用于工业生产中。

[1] 李小攀，黎景波. 汽车用空气干燥器测试方法与设备的优化改进[J]. 汽车零部件，2010(6)：45-48.

[2] 陈家瑞. 汽车构造(第三版)[M]. 北京：人民交通出版社，2000.

[3] 陈勇. 汽车制动阀静特性自动测试系统研制[D]. 重庆：重庆大学，2006.

[4] 韩建云. 重载汽车制动系统设计与实验分析[J]. 拖拉机与农用运输车，2011，38(1):35-39.

[5] 中华人民共和国汽车行业标准QC/T 38-1992. 汽车与挂车 气压调节保护装置台架试验方法[S]. 北京：中华人民共和国工业和信息化部，1992.

[6] 曾成洲. 基于压差原理的泄漏检测方法研究及系统开发[D]. 浙江：浙江大学，2012.

[7] 关强，韩玉杰，向富林，等. 计算机控制的双腔气制动阀密封特性检测技术[J]. 东北林业大学学报，1993，21(05)：81-86.

[8] 赵中煜.基于VI的汽车气动元件测试技术及产品开发[D]. 黑龙江：东北林业大学，2003.

[9] 张迪.基于LabVIEW的汽车踏板测试系统[J]. 仪表技术与传感器，2009(5)：24-25.

[10] 陈小昊，陈晓怀，李高峰. 基于贝叶斯理论的不确定度评定[J]. 黑龙江大学工程学报，2012(3)：116-119.

(编辑 李秀敏)

Research on Dedicated On-line Detecting System of Auto Air Dryer

LUO Zai，SHI Chao-yu，HU Xiao-feng，LIU Ning-xia，WEI Qing

(College of Metrology Technology and Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)

On the basis of correlative automobile industry standard and the requirements of manufacturer, this dedicated on-line detecting system is designed for the shortage of low degree automatic efficiency and detection precision of auto air dryer in the domestic. Fast automatic detection is achieved by using the method of combination of the technology of computer control, mechatronics and pneumatics. This system can detect the speciality performance of pressure regulating valve and seal of auto air dryer, in which online analytical processing of test data is available, at the same time, saving and inquiring data is achieved. Through some experimental analysis, it is indicated that efficient and accurate detection of the performance of auto air dryer is realized, and the test errors are less than 5%, the test uncertainties are less than 0.5kPa, which can meet the requirements of operating industrial site.

air dryer; on-line detecting; performance of pressure regulating valve; sealability

1001-2265(2014)01-0110-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.01.031

2013-04-22

国家质检总局公益性行业科研专项项目，公交客车制动关键部件性能检测技术研究(201210109)

罗哉(1979—)，男，四川遂宁人，浙江杭州中国计量学院计量测试工程学院副教授，博士，主要研究方向为精密测试理论与技术、零件热变形理论及应用等，(E-mail) luozai@cjlu.edu.cn.

TH165;TP273

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