CN114046290A - 一种汽车散热器压力脉冲测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汽车散热器压力脉冲测试装置及其控制方法，属于汽车散热器性能测试的技术领域，该装置是一种基于伺服控制原理和液压气密元件组成的智能测控装置，包括油箱、电机、液压泵、溢流阀、伺服阀Ⅰ、液压执行器Ⅰ、位移传感器、活塞杆、液压执行器Ⅱ、压力控制器、压力传感器、节流阀、伺服阀Ⅱ和位置控制器。压力闭环控制回路负责对液压执行器Ⅱ的压力进行控制，而位置闭环控制回路对液压执行器Ⅱ的活塞零位进行调节，解决由于间隙密封带来的泄露使得活塞偏移零位的问题，通过采用间隙密封的双闭环控制回路实现汽车散热器压力脉冲测试***中压力和活塞位移的协调控制，降低摩擦力，提高使用率，实现高精度、高效率的压力脉冲测试功能。

Description

一种汽车散热器压力脉冲测试装置及方法
技术领域
本发明属于汽车散热器性能测试的技术领域，具体公开了一种汽车散热器压力脉冲测试装置及方法。
背景技术
汽车散热器是汽车发动机冷却***中的关键元件，属于汽车冷却***。发动机水冷***中的散热器由进水室、出水室、主片及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收热量而升温，所以散热器是一个热交换器。
散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的整个冷却过程，对汽车行驶过程中的动力性、安全性也会产生重大的影响。然而，散热器的工作条件却十分恶劣，不仅要承受外界环境的风吹日晒，还要承受在工作过程中反复的热循环和周期性、不同程度的压力脉冲，这对散热器的疲劳性能提出了更高的要求。
目前，现有的汽车散热器压力脉冲测试装置，如图1为现有脉冲测试装置原理示意图，因汽车散热器的冷却介质与普通液压油不同，其黏性较低，容易泄露，并且图1中液压执行器Ⅱ（9）的有杆腔与大气连通，因此，通常在液压执行器Ⅱ（9）处采用零泄露的单向密封方式，导致此处摩擦力过大。虽然在做高压测试时，能够克服部分摩擦的影响，使得压力控制效果能够基本满足加载需求；但是，在低压脉冲测试时，摩擦的影响显著，控制性能下降较为明显，不能满足散热器压力脉冲的测试要求。如图2为发明人依据现有的压力脉冲测试装置，实验测试低压脉冲的压力控制效果图，压力跟踪曲线已经出现明显的抖动，说明控制器的参数已经很强，再增强控制参数，控制***会出现失稳的状态，而测试结果与理想结果仍有较大的差异。
发明内容
为解决现有压力脉冲测试过程中摩擦力大导致低压脉冲测试性能不达标的技术问题，本发明提供一种结构紧凑、实施方便、兼顾***控制性能和使用效率的汽车散热器压力脉冲测试装置，并基于该装置提供一种汽车散热器压力脉冲测试方法。
为实现上述目的，本发明提供一种汽车散热器压力脉冲测试装置，包括油箱、电机、液压泵、溢流阀、伺服阀Ⅰ、液压执行器Ⅰ、位移传感器、活塞杆、液压执行器Ⅱ、压力控制器、压力传感器、节流阀、伺服阀Ⅱ和位置控制器；电机与液压泵连接；液压泵的进油口与油箱连通；溢流阀的出油口与油箱连通；伺服阀Ⅰ的进油口P1与液压泵的出油口与连通，第一工作油口A1与液压执行器Ⅰ的无杆腔连通，第二工作油口B1与液压执行器Ⅰ的有杆腔连通，回油口T1与溢流阀的进油口连通；液压执行器Ⅰ和液压执行器Ⅱ通过执行器中的活塞杆连接；位移传感器的信号输入端设置在液压执行器Ⅰ无杆腔的末端，用于检测液压执行器活塞的位移；液压执行器Ⅱ的无杆腔与工件连通，用于对工件压力测试；压力传感器的信号输入端接入液压执行器Ⅱ和工件之间，信号输出端与压力控制器的信号输入端连接，用于检测液压执行器Ⅱ无杆腔的出口压力并将反馈值反馈至压力控制器；液压执行器Ⅱ的有杆腔和无杆腔通过节流阀连通；伺服阀Ⅱ的进油口P2与液压泵的出油口与连通，第一工作油口A2与液压执行器Ⅰ的无杆腔连通，第二工作油口B2与液压执行器Ⅰ的有杆腔连通，回油口T2与溢流阀的进油口连通；压力控制器和位置控制器采用闭环控制；压力控制器的信号输出端与伺服阀Ⅱ的控制接口连接，根据液压执行器Ⅱ压力的反馈值和预设的指令值通过伺服阀Ⅱ控制液压执行器Ⅰ的压力；位置控制器的信号输入端与位移传感器的信号输出端连接，信号输出端与伺服阀Ⅰ的控制接口连接，接收位移传感器的反馈值，根据活塞位移的反馈值和预设的指令值通过伺服阀Ⅰ控制液压执行器Ⅰ的压力。
进一步地，液压执行器Ⅰ和液压执行器Ⅱ为两个通过活塞杆连接的液压缸或两者共同构成一个增压缸。
进一步地，液压执行器Ⅰ可以是对称液压缸，也可以是非对称液压缸；液压执行器Ⅱ为非对称液压缸。
进一步地，伺服阀Ⅰ和伺服阀Ⅱ为三位四通流量型伺服阀或三位四通流量型伺服比例阀。
进一步地，液压泵为定量泵或变量泵，电机的输出轴通过联轴器与液压泵的输入轴连接。
进一步地，压力控制器采用PI控制生成控制信号，位置控制器采用P控制生成控制信号。
进一步地，压力控制信号为正弦信号，位移控制信号为常值指令信号。
本发明还提供一种汽车散热器压力脉冲测试方法，采用上述汽车散热器压力脉冲测试装置实施，包括下述步骤：
1、首先选择确定好压力闭环控制回路和位置闭环控制回路；
2、设定压力测试指令信号和位置零位常值指令信号；
3、先进行单位置闭环控制，初步选择确定好位置控制参数，确保活塞位置不出现快速偏移零位；
4、在位置闭环控制启动的同时，启动压力闭环控制，初步选择确定好压力闭环控制参数，同时观察活塞位移是否出现快速偏移零位，如若出现，则调整位置闭环控制参数，同时观察压力跟踪效果，同步调整压力闭环控制参数，直至活塞不出现快速偏移零位，压力实现高性能跟踪。
本发明具有以下有益效果。
1、液压执行器Ⅱ的两腔通过节流阀连通的间隙密封方式，极大降低摩擦，实现高性能、高精度的汽车散热器低压脉冲测试；
2、提出在压力闭环外再增加一个位置闭环，控制活塞零位，解决间隙密封方式带来的活塞前移问题，提高汽车散热器压力脉冲测试装置的使用效率。
综上，压力闭环控制回路负责对液压执行器Ⅱ的压力进行控制，而位置闭环控制回路对液压执行器Ⅱ的活塞零位进行调节，解决由于间隙密封带来的泄露使得活塞偏移零位的问题，通过双闭环控制回路实现汽车散热器压力脉冲测试***中压力和活塞位移的协调控制，降低摩擦力，提高使用率，实现高精度、高效率的压力脉冲测试功能。
附图说明
图1是现有压力脉冲测试装置的原理示意图；
图2是现有压力脉冲测试装置测试低压脉冲的压力控制效果图；
图3是汽车散热器压力脉冲测试装置的原理示意图；
图4是汽车散热器压力脉冲测试装置在液压仿真软件AMEsim的仿真原理图；
图5是汽车散热器压力脉冲测试装置测试低压脉冲的压力控制效果图；
图6是双闭环控制的间隙密封汽车散热器压力脉冲测试装置的压力跟踪效果图和活塞位移图；
图7是间隙密封但无位置伺服控制的汽车散热器压力脉冲测试装置的压力跟踪效果图和活塞位移图。
图中：1-油箱、2-电机、3-液压泵、4-溢流阀、5-伺服阀Ⅰ、6-液压执行器Ⅰ、7-位移传感器、8-活塞杆、9-液压执行器Ⅱ、10-节流阀、11-工件、12-压力控制器、12A-压力指令、13-伺服阀Ⅱ、14-位置控制器、14A-位置指令、15-压力传感器、16-大气。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于现有压力脉冲测试装置存在的技术问题，发明人提出一种在液压执行器Ⅱ9的两腔通过节流阀10连通的间隙密封方式，极大降低摩擦，实现高性能的汽车散热器的低压脉冲测试。但是，汽车散热器的压力脉冲测试通常是周期信号的多次循环测试，加载测试的周期长，而间隙密封的方式会带来液压执行器Ⅱ9活塞前移的问题，如图7，间隙密封的压力脉冲测试装置活塞位移仿真图，可以看出活塞位移出现前移，使得在长时间的测试过程需要停机补油，使用效率低；针对于此，提出在压力闭环外再增加一个位置闭环，控制活塞位移，解决间隙密封方式带来的活塞前移问题，提高汽车散热器压力脉冲测试装置的使用效率。
由此，本实施例提供一种汽车散热器压力脉冲测试装置，包括油箱1、电机2、液压泵3、溢流阀4、伺服阀Ⅰ5、液压执行器Ⅰ6、位移传感器7、活塞杆8、液压执行器Ⅱ9、压力控制器12、压力传感器15、节流阀10、伺服阀Ⅱ13和位置控制器14；电机2与液压泵3连接；液压泵3的进油口与油箱1连通；溢流阀4的出油口与油箱1连通；伺服阀Ⅰ5的进油口P1与液压泵3的出油口与连通，第一工作油口A1与液压执行器Ⅰ6的无杆腔连通，第二工作油口B1与液压执行器Ⅰ6的有杆腔连通，回油口T1与溢流阀4的进油口连通；液压执行器Ⅰ6和液压执行器Ⅱ9通过执行器中的活塞杆8连接；位移传感器的信号输入端设置在液压执行器Ⅰ6无杆腔的末端，用于检测液压执行器活塞的位移；液压执行器Ⅱ9的无杆腔与工件11连通，用于对工件11压力测试；压力传感器15的信号输入端接入液压执行器Ⅱ9和工件11之间，信号输出端与压力控制器12的信号输入端连接，用于检测液压执行器Ⅱ9无杆腔的出口压力并将反馈值反馈至压力控制器12；液压执行器Ⅱ9的有杆腔和无杆腔通过节流阀10连通；伺服阀Ⅱ13的进油口P2与液压泵3的出油口与连通，第一工作油口A2与液压执行器Ⅰ6的无杆腔连通，第二工作油口B2与液压执行器Ⅰ6的有杆腔连通，回油口T2与溢流阀4的进油口连通；压力控制器12和位置控制器14采用闭环控制；压力控制器12的信号输出端与伺服阀Ⅱ13的控制接口连接，根据液压执行器Ⅱ9压力的反馈值和预设的指令值通过伺服阀Ⅱ13控制液压执行器Ⅰ6的压力；位置控制器14的信号输入端与位移传感器7的信号输出端连接，信号输出端与伺服阀Ⅰ5的控制接口连接，接收位移传感器7的反馈值，根据活塞位移的反馈值和预设的指令值通过伺服阀Ⅰ5控制液压执行器Ⅰ6的压力。
进一步地，液压执行器可以是由一个增压缸构成，也可以由液压执行器Ⅰ6和液压执行器Ⅱ9组合构成，其中液压执行器Ⅰ6可以是对称液压缸，也可以是非对称液压缸，液压执行器Ⅱ9为非对称液压缸。
进一步地，伺服阀Ⅰ5和伺服阀Ⅱ13为三位四通流量型伺服阀或三位四通流量型伺服比例阀。
进一步地，液压泵3为定量泵或变量泵，电机2的输出轴通过联轴器与液压泵3的输入轴连接。
进一步地，压力控制闭环回路需要实现高精度、高性能的控制，位置闭环控制回路需要实现对活塞零位进行控制，不允许测试过程中活塞零位出现与设定值有较大差异，避免测试过程需要停机补油，提高使用效率。
如图4为汽车散热器压力脉冲测试装置在液压仿真软件AMEsim的仿真原理图，压力控制器12和位置控制器14均采用PID控制器计算生成控制信号，压力控制器12采用PI控制生成控制信号，位置控制器14采用P控制生成控制信号。
进一步地，压力控制信号为正弦信号，位移控制信号为常值指令信号。
本实施例还提供一种汽车散热器压力脉冲测试方法，采用上述汽车散热器压力脉冲测试装置实施，包括下述步骤：
1、首先选择确定好压力闭环控制回路和位置闭环控制回路；
2、设定压力测试指令信号和位置零位常值指令信号；
3、先进行单位置闭环控制，初步选择确定好位置控制参数，确保活塞位置不出现快速偏移零位；
4、在位置闭环控制启动的同时，启动压力闭环控制，初步选择确定好压力闭环控制参数，同时观察活塞位移是否出现快速偏移零位，如若出现，则调整位置闭环控制参数，同时观察压力跟踪效果，同步调整压力闭环控制参数，直至活塞不出现快速偏移零位，压力实现高性能跟踪。
如图5为本实施例提供的汽车散热器压力脉冲测试装置测试低压脉冲的压力控制效果图，与图2相比，图5中，液压执行器Ⅱ9的出口压力能较好地跟踪指令信号，误差更小且更平滑。说明采用本装置及控制方法可实现低压脉冲高精度压力测试，相比现有的压力脉冲测试装置，可极大地提高控制精度和控制性能。
如图6、图7中压力跟踪指令信号和控制参数相同，图6所示位置闭环和压力闭环的双闭环控制的间隙密封汽车散热器压力脉冲测试装置的活塞位移图，与图7所示采用间隙密封但无位置伺服控制的汽车散热器压力脉冲测试装置的活塞位移图相比，图6的活塞未出现前移，说明本装置及控制方法可以很好解决采用间隙密封带来的活塞位移出现快速偏移零位的问题，提高压力脉冲测试装置的使用效率。
综上所述，本装置及控制方法可以极大地减小摩擦和活塞偏移零位的速度，提高重复使用的效率，大大提高压力脉冲测试控制的精度，可以广泛应用于现有的压力脉冲测试***中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种汽车散热器压力脉冲测试装置，包括油箱（1）、电机（2）、液压泵（3）、溢流阀（4）、伺服阀Ⅰ（5）、液压执行器Ⅰ（6）、位移传感器（7）、活塞杆（8）、液压执行器Ⅱ（9）、压力控制器（12）、压力传感器（15）；
所述电机（2）与液压泵（3）连接；
所述液压泵（3）的进油口与油箱（1）连通；
所述溢流阀（4）的出油口与油箱（1）连通；
所述伺服阀Ⅰ（5）的进油口P1与液压泵（3）的出油口与连通，第一工作油口A1与液压执行器Ⅰ（6）的无杆腔连通，第二工作油口B1与液压执行器Ⅰ（6）的有杆腔连通，回油口T1与溢流阀（4）的进油口连通；
所述液压执行器Ⅰ（6）和液压执行器Ⅱ（9）通过执行器中的活塞杆（8）连接；
所述位移传感器（7）的信号输入端设置在液压执行器Ⅰ（6）无杆腔的末端，用于检测液压执行器活塞的位移；
所述液压执行器Ⅱ（9）的无杆腔与工件（11）连通，用于对工件（11）压力测试；
所述压力传感器（15）的信号输入端接入液压执行器Ⅱ（9）和工件（11）之间，信号输出端与压力控制器（12）的信号输入端连接，用于检测液压执行器Ⅱ（9）无杆腔的出口压力并将反馈值反馈至压力控制器（12）；
其特征在于，还包括节流阀（10）、伺服阀Ⅱ（13）和位置控制器（14）；
所述液压执行器Ⅱ（9）的有杆腔和无杆腔通过节流阀（10）连通；
所述伺服阀Ⅱ（13）的进油口P2与液压泵（3）的出油口与连通，第一工作油口A2与液压执行器Ⅰ（6）的无杆腔连通，第二工作油口B2与液压执行器Ⅰ（6）的有杆腔连通，回油口T2与溢流阀（4）的进油口连通；
所述压力控制器（12）和位置控制器（14）采用闭环控制；
所述压力控制器（12）的信号输出端与伺服阀Ⅱ（13）的控制接口连接，根据液压执行器Ⅱ（9）压力的反馈值和预设的指令值通过伺服阀Ⅱ（13）控制液压执行器Ⅰ（6）的压力；
所述位置控制器（14）的信号输入端与位移传感器（7）的信号输出端连接，信号输出端与伺服阀Ⅰ（5）的控制接口连接，接收位移传感器（7）的反馈值，根据活塞位移的反馈值和预设的指令值通过伺服阀Ⅰ（5）控制液压执行器Ⅰ（6）的压力。
2.根据权利要求1所述的汽车散热器压力脉冲测试装置，其特征在于，液压执行器Ⅰ（6）和液压执行器Ⅱ（9）为两个通过活塞杆连接的液压缸或两者共同构成一个增压缸。
3.根据权利要求2所述的汽车散热器压力脉冲测试装置，其特征在于，两个液压缸中液压执行器Ⅰ是对称液压缸或非对称液压缸，液压执行器Ⅱ为非对称液压缸。
4.根据权利要求1所述的汽车散热器压力脉冲测试装置，其特征在于，伺服阀Ⅰ（5）和伺服阀Ⅱ（13）为三位四通流量型伺服阀或三位四通流量型伺服比例阀。
5.根据权利要求1所述的汽车散热器压力脉冲测试装置，其特征在于，液压泵（3）为定量泵或变量泵，电机（2）的输出轴通过联轴器与液压泵（3）的输入轴连接。
6.根据权利要求5所述的汽车散热器压力脉冲测试装置，其特征在于，压力控制器（12）采用PI控制生成控制信号，位置控制器（14）采用P控制生成控制信号。
7.根据权利要求6所述的汽车散热器压力脉冲测试装置，其特征在于，压力控制信号为正弦信号，位移控制信号为常值指令信号。
8.一种汽车散热器压力脉冲测试方法，其特征在于，采用权利要求7所述的汽车散热器压力脉冲测试装置实施，包括下述步骤：
S1，首先选择确定好压力闭环控制回路和位置闭环控制回路；
S2，设定压力测试指令信号和位置零位常值指令信号；
S3，先进行单位置闭环控制，初步选择确定好位置控制参数，确保活塞位置不出现快速偏移零位；
S4，在位置闭环控制启动的同时，启动压力闭环控制，初步选择确定好压力闭环控制参数，同时观察活塞位移是否出现快速偏移零位，如若出现，则调整位置闭环控制参数，同时观察压力跟踪效果，同步调整压力闭环控制参数，直至活塞不出现快速偏移零位，压力实现高性能跟踪。
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