（机械制造及其自动化专业论文）面向egr阀位置传感器的自动烧录与检测系统开发.pdf

面向e g r 阀位置传感器的自动烧录与检测系统的开发 摘要 随着汽车工业的飞速发展以及汽车保有量的上升，汽车排放物对人类健康 的危害和对环境的污染己经成为一个世界性的问题，各国的排放标准也越来越 严格。e g r ( e x h a u s tg a sr e c i r e u l a t i o n ) 即废气再循环技术，作为控制氮氧化 合物排放的一种最有效、最实用的方法，在世界范围内已得到了广泛的应用。 e g r 阀位置传感器( e v p ) 是废气再循环装置中非常重要的部件，它通过精确 控制和反馈e g r 阀的开启高度和废气再循环量，从而有效地降低氮氧化合物的 形成。目前e v p 的种类较多，但无统一的国家标准或行业标准。大部分生产厂 商对e v p 的烧录和检测都采用手工操作。手工操作不仅生产效率低，劳动强度 大，而且随机误差比较大，难以保证产品的质量。 本文在分析了某非接触式e v p 的结构和工作原理以及现代检测控制技术 的基础上，较为全面地介绍了一种专门用于对e v p 进行烧录和检测的自动化操 作系统的设计和开发过程。 文章首先针对e v p 实际生产过程中遇到的问题，分析了实现自动化生产和 统计过程控制的必要性。根据系统的设计任务制定了系统整体设计方案，阐述 了系统的工作原理，并分别从系统机械结构设计、夹具设计以及系统控制方案 等三个方面介绍了系统的总体设计。然后，通过系统功能的需求分析以及烧录 和检测控制方案的设计，采用v b n e t 语言进行软件系统各功能模块的设计。 该过程中主要任务为：使用a c c e s s 数据库实现了操作界面的相关信息和数据的 存储，便于拷贝和进行统计分析；分析烧录器的工作原理及手工烧录过程，编 制烧录程序，实现对e g r 阀位置传感器的烧录；根据检测的原理和过程，编制 检测模块程序，实现上位机与p l c 通信，控制电机运动：同时简单的介绍了各 功能模块。最后，结合统计过程控制中的控制图和过程能力等方法，使用统计 分析软件m i n i t a b 对测试数据进行分析，绘制稳态控制图和过程能力图，验 证该系统的可靠性。 生产实践表明，该系统运行稳定，工作可靠，不仅提高了产品的生产效率 与检测精度，同时还大大降低了工人的劳动强度，节约了生产成本。 关键词：e v p ；自动烧录与检测系统；p l c ；软件设计；过程能力 d e v e l o p m e n to nt h ea u t o m a t i cb u r n i n ga n d d e t e c t i n g s y s t e mf o rt h ee g rv a l v ep o s i t i o ns e n s o r a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v ei n d u s t r ya n dt h ei n c r e a s eo ft h e n u m b e ro fa u t o m o b i l e ，v e h i c l ee x h a u s te m i s s i o nh a sb e e naw o r l dw i d ep r o b l e m b e c a u s ei th a r m sh u m a n sh e a l t ha n d p o l l u t e st h ee n v i r o n m e n ts e v e r e l y ，t h e e m i s s i o ns t a n d a r d so fd i f f e r e n tc o u n t r i e sh a v e b e e nm o r ea n dm o r es t r i c t a sam o s t e f f e c t i v ea n dp r a c t i c a lm e t h o df o rc o n t r o l l i n ge m i s s i o n so fn i t r o g e no x i d e ，e x h a u s t g a sr e c i r c u l a t i o n ( e g r ) h a sb e e nw i d e l yu s e d a st h ek e yc o m p o n e n ti nt h ee g r d e v i c e ，e g rv a l v ep o s i t i o ns e n s o r ( e v p ) c a na c c u r a t e l ya d ju s tt h eh e i g h to fe g r v a l v ea n dr e g u l a t et h ev o l u m eo fe x h a u s tg a s t h u se f f e c t i v e l yr e d u c et h ef o r m a t i o n o fn i t r o g e no x i d e sa n dt h e nr e d u c ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n c u r r e n t l y ，t h e r ea r e m a n yd i f f e r e n tt y p e so fe v p , b u tw i t hn ou n i f o r ms t a n d a r do fn a t i o n a lo ri n d u s t r y i nm o s to fm a n u f a c t u r e r s ，b a t c hm i c r o a s s e m b l yo fe v pi s l i m i t e db ym a n u a l o p e r a t i o nw h i c hw i t hl o wp r o d u c t i o n ，g r e a tl a b o ri n t e n s i t y , a n dr a n d o me r r o r s a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo fn o n - c o n t a c t i n ge v pa n d m o d e r nd e t e c t i o nt e c h n o l o g i e s ，t h i sp a p e rt h o r o u g h l yi n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n t o fas p e c i a la u t o m a t i cb u r n i n ga n dd e t e c t i n gs y s t e m f i r s t l y , v e i wt o t h ep r o b l e mi ne v pp r o d u c t i o n ，t h ep a p e ra n a l y z e dt h e n e c e s s i t yo fa u t o m a t i cp r o d u c t i o na n ds t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r 0 1 a c c o r d i n gt ot h e d e s i g ns c e m e ，t h es y s t e mc o m p o s i t i o na n dw o r k i n gp r i n c i p l ea r ei n t r o d u c e di nt h e p a p e r ，a sw e l la sm e c h a n i c a ld e s i g n ，f i x t u r ed e s i g n ，a n ds y s t e mc o n t r o ls c h e m e s e c o n d l y ，a c c o r d i n gt o t h ea n a l y s i so ff u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，t h es o f t w a r eo f s y s t e mi sd e s i g n e d ，a n dt h e nt h eo p e r a t i o ni n t e r f a c e so f e a c hf u n c t i o n a lm o d u l ea r e d e v e l o p e db yv b n e ta n dw i t hab r i e fi n t r o d u c t i o n i nt h i sp r o c e s s ，t h ec a p a b i l i t y o f b u r n i n gi sa c h i e v e db ya n a l y s i so fp r o g r a m m e r sw o r k i n gp r i n c i p l e b a s e do nt h e p r o c e s so ft h ed e t e c t i o n ，p ca n dp l ci sc o m m u n i c a t e db yt h ed e t e c t i o np r o g r a m t h ed a t ao ft h es y s t e mi ss t o r e di na c c e s sd a t a b a s e ，s oi tc o u l db ec o p i e df o r s t a t i s t i c a la n a l y s i se a s i l y f i n a l l y ，t h ec o n t r o lc h a r ta n dp r o c e s sc a p a b i l i t ya r e a c h i e v e db ys t a t i s t i c a la n a l y s i si nm i n i t a b ，a n dt h er e l i a b i l i t yo ft h es y s t e mi s b e e nv e r i f i e d p r a c t i c es h o wt h a tt h es y s t e mh a ss t a b l eo p e r a t i o na n dh i g h p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y t h ea c c u r a c yo fp r o d u c ti si m p r o v e d ；a l s ot h el a b o ri n t e n s i t ya n dt h e p r o d u c t i o nc o s ta r er e d u c e d k e yw 。r d s ： e v p ；a u t 。m a t i cb u r n i n ga n d d e t e c t i n gs y s t e m ；p l c ；s 。f t w a r ed e s i g l l ； p r o c e s sc a p a b i l i t y 致谢 在论文完成之际，衷心地感谢在我论文撰写过程中给予悉心指导的导师董 玉革教授。在我读研期间，董老师对我的学习及论文工作倾注了大量的心血， 在生活上给予了无微不至的关怀。在学术研究和工作过程中，董老师严谨的治 学态度、求实创新的开拓精神，给我们树立了良好的学习的榜样；日常生活中， 董老师平易近人、关爱学生，尤其是诲人不倦、宽以待人的高尚品质，更是给 我留下了深刻的印象。非常荣幸能够成为董老师的一名学生，在我今后的人生 旅途中，我将谨记导师对我的谆谆教诲，努力拼搏，以期实现自己的人生价值 和目标。在此，再次向董玉革教授及师母倪峥老师在我读研期间给予的关心和 帮助表示最衷心的感谢和最真挚的谢意! 同时，真诚感谢机械原理及零件教研室的朱家诚教授、吴焱明副教授、吴 天星副教授、王勇教授以及陈奇老师，感谢他们在各方面给予我的指导和帮助! 感谢教研室的其他所有老师在我读研期间给予的诸多帮助。 感谢师兄古明林、陈秋杰、陆海涛，师弟郭彪、吴松、董必成、张学勇等 的支持和帮助。感谢教研室的王刚、伍斌、程金林、刘玉龙、李志超、赵永等 同学以及室友李有哲、胡定玉、张武军给予的支持和鼓励。 感谢好友赵帅、莫永新、江伟、何彩虹等对我的帮助和鼓励，感谢与他们 一起度过的快乐时光。感谢所有给予我帮助的朋友和同学，在我收获学业的同 时，也收获了他们真挚的友谊。 最后，还要深深感谢我的父母和家人对我无微不至的关怀，感谢他们这么 多年的支持和理解，正是在他们的支持下，我才能在异地顺利的完成学业。感 谢所有支持及帮助过我的亲人、同学和朋友们。谢谢! 插图清单 图2 。1s p c 技术路程图1 0 图2 2 正态分布区间概率图1 2 图2 3 控制图示例13 图2 4 模式一1 4 图2 5 模式二1 4 图2 - 6 模式三1 4 图2 7 模式四15 图2 8 模式五15 图2 - 9 模式六1 5 图2 1 0 模式七1 6 图2 1 1 模式八1 6 图2 1 2j 过程能力1 7 图3 1e g r 阀位置传感器结构示意图一2 0 图3 2 关键判断参数示意图一2 1 图3 3 检测尼龙杆位移图2 2 图3 4 系统机械结构示意图- 2 3 图3 5 系统实体模型图2 4 图3 - 6 控制系统结构示意图一2 5 图3 7 编程器2 6 图3 8e g r 阀位置传感器( b a 0 2 0 6 1 3 7 ) 夹具底座2 7 图3 - 9e g r 阀位置传感器接线端子一2 8 图3 1 0 夹具体装配图( 含e g r 阀位置传感器) 2 8 图4 1 系统控制流程示意图3 2 图4 2a d o n e t 组件模型3 3 图4 3 计算机与c p m 2 a 电缆连接示意图3 6 图4 4 命令帧和响应帧格式3 6 图4 5p l c 通信测试助手界面3 7 图4 6e e p r o m 和d s p 内部结构图4 0 图4 7 完整的烧录流程图4 4 图4 8 烧录调试助手界面4 4 图4 - 9 系统登录界面一4 7 图4 1 0 操作选择界面4 8 图4 1 1 参数设置界面4 9 图4 1 2 手动操作界面5 0 图4 1 3 自动操作界面5 1 图5 一l 工作表中数据5 6 图5 2x b a r r 控制图主对话框5 6 图5 3x b a r r 选项一检验对话框5 6 图5 4s l o p e3 4 的x b a r r 控制图5 7 图5 5s l o p e3 4 的能力分析主对话框5 8 图5 6s l o p e3 4 的能力分析选项对话框5 8 图5 7s l o p e3 4 的过程能力一5 8 i v 表格清单 表1 12 0 0 7 年国内一些汽车及零部件生产企业的e g r 技术发展情况5 表2 1 常规控制图种类13 表2 2 过程能力指数c 口的评价标准1 9 表2 3 过程能力指数c 口七的评价标准1 9 表3 1i o 地址分配2 6 表4 1 初始化指令输入、返回及数据处理方式4 1 表4 2a d c r e a d o u t 指令发送、返回及数据处理方式4 2 表4 3s e n s i t i v i t y & v o q 写指令发送、返回和数据处理方式4 3 表5 1b a 0 2 0 6 13 7 型产品某检测位置信号电压比率斜率值5 4 表5 2x b a r r 控制图系数一5 5 v 第一章绪论 1 1 引言 随着全球经济一体化的快速发展，尤其是汽车行业的迅猛发展，世界各国 的汽车保有量迅速增加。作为现代化的交通工具，汽车已越来越多地进入普通 家庭之中，在它给人们的生活和工作带来方便快捷的同时，也给人类的生活环 境带来了许多严重的问题，如大气污染、噪声污染、光污染、水污染、固体废 物污染和交通事故等。尤其是汽车尾气排出的污染物，不仅严重地污染了人类 赖以生存的大气环境，引起地球的气候变化，而且通过空气流动进入人体内， 严重地危害了人们的身体健康。 汽车尾气排放的污染物成分比较复杂，其中主要包括一氧化碳( c o ) 、碳 氢化合物( h c ) 、氮氧化合物( n o x ) 和微粒( p m ) 等。c o 是一种无色无味 的有毒气体，极易与人体血液中运氧载体一一血红蛋白结合，其与血红蛋白的 亲和力是氧的两到三百倍。当人们吸入过多的c o 后，c o 会和血红蛋白亲和生 成碳氧血红蛋白，阻碍血液对氧气吸收和输送，导致人头晕、头痛、恶心、感 觉迟钝等中毒症状。当吸入含容积浓度超过0 3 的c o 气体时，则可在半小时 内致人死亡。h c 成分较为复杂，包括未燃和燃烧不充分的燃油、润滑油及其 分解的产物和部分氧化物等。其中含少量苯比芘和硝基稀这样的多环芳烃，都 具有强烈致癌作用。n o x 是产生于高温富氧的燃烧环境下的多种氮氧化物的集 合，主要包括9 0 9 5 的n o 、5 的n 0 2 以及少量的n 2 0 、n 2 0 3 和n 2 0 5 等。 n o x 对人体的危害主要主要表现为：破坏血液的输氧功能、刺激口腔及鼻粘膜、 引发眼疾病和呼吸系统疾病等，严重者甚至会导致瘫痪和死亡。在特殊的大气 环境和气象条件下，n o x 还会和h c 一起生成一种毒性很大的光化学烟雾。此 外，当大气中的水蒸气含量较高时，n o x 便会与之结合形成酸雨，严重危害生 态环境和人体健康u 4 j 。 为了控制汽车尾气污染物的排放，提高空气质量，世界各国针对汽车排放 问题相继制定了一系列的汽车排放标准。当今世界上比较主流的汽车排放标准 体系有3 种，即美国的e p a ( 环境保护局) 、欧洲的e c e ( 欧洲经济委员会) 和日本的j e s ( 日本工程标准) 三大体系1 5 j 。从上个世纪6 0 年代起，美国、日 本、西欧等发达国家和地区就开始不断地推出更加严格的汽车排放标准，以控 制严重的汽车尾气污染及二次污染【6 j 。由于诸多主客观因素的制约和限制，国 内在汽车尾气排放标准的制定和实施上，以及汽车尾气净化处理的研究和应用 中，都与发达国家存在着较大的差距。但根据欧洲e c e 标准体系，我国也制定 了相应了的排放标准，并且于2 0 0 0 年全面推行实施国i 排放标准；2 0 0 5 年实 施国i i 排放标准；2 0 0 8 年实施国i 排放标准r 7 j ；2 0 1 1 年开始实施国排放标准。 虽然我国在排放法规和标准的制定实施上较晚于发达国家，但从其实施的进程 来看，我国排放标准的更新周期越来越短，并且预计将在2 0 1 5 年左右与国际排 放水平接轨8 1 。 为了降低汽车尾气的排放，进一步保护自然环境，研究学者对汽车尾气净 化技术作了许多研究，其中三元催化技术、推迟点火、燃油掺水和废气再循环 等技术是几种比较常用的方法【9 j 。由于在降低n o x 的排放效果和效率方面表现 比较出色，且对发动机结构改动较小，设计自由度大，废气再循环技术越来越 受到人们的青睐，并广泛地应用于北美市场以及欧洲短途运输和城市公交车。 随着我国排放标准和排放法规实施进程的不断加快，对e g r 技术进行更深入的 研究和应用是非常有必要的。而e g r 阀及其位置传感器作为e g r 系统中最重 要的、关键的部件，必将成为汽车零部件制造业又一个新的经济增长点。 1 2 废气再循环技术概述 1 2 1 废气再循环技术的原理 e x h a u s tg a sr e c i r c u l a t i o n ( e g r ) 即废气再循环技术，基本原理是将部分 燃烧后的废气引入进气系统，与新鲜空气混合后重新参与燃烧，并根据不同的 工况要求，通过e g r 阀精确地控制再循环废气量，从而有效的降低n o x 的生 成几率，最终减少汽车尾气排放对环境造成的污染0 1 。e g r 主要从以下三个方 面来减少n o x 的形成【1 1 1 4 j ： ( 1 ) 提高燃烧室内混合气体总的热容量。废气中含有大量的二氧化碳和水 蒸气等，这些气体大都为三原子分予气体，即具有较高的比热容。因此废气的 引入必然会增加混合气体总的热容量，进而能够降低燃烧室内的最高燃烧温度， 最终抑制生成n o x 的化学反应。 ( 2 ) 降低燃烧室内0 2 的相对浓度。由于等体积废气中0 2 浓度低于新鲜空 气中0 2 浓度，引入再循环废气，必然会稀释燃烧室内0 2 的相对浓度，进而降 低n o x 的生成几率。 ( 3 ) 降低燃烧速度。废气中含有大量的二氧化碳和氨等接近于化学惰性的 气体，当这些废气部分引入到气缸后起到了稀释缸内混合气体和吸收燃烧释放 的热量的作用，从而减缓了燃烧的反应速度。 为了实现e g r 系统和发动机的最优配合，首先需要找出发动机不同工况下 的最优再循环废气量。最优再循环废气量一般通过e g r 率的大小来体现。在保 证发动机正常工作的各项性能指标的前提下，合理地调整和控制e g r 率的大 小，可以很有效地降低车辆尾气中污染物的含量。目前，e g r 率的评价方法比 较多，但根据其流量计算的对象和特征，一般包括质量流量型( e g r m ) 、容积 流量型( e g r v ) 和二氧化碳浓度型( e g r c 0 2 ) i l 5 1 7 1 。 ( 1 ) 质量流量型。根据e g r 的定义，用引回的再循环废气的质量与进气 2 管中总的气体的质量之比来表示e g r 率，由传热学及流体力学推导出质量流量 型的e g r 率的计算公式为： e g 尺率：殳1 0 0 ： g 。+ g ， 。 a ，a ， 器m 4 压杀焉 x1 0 0 ( 1 1 ) 式中，g 一一质量流量( k g s ) ： p 一一绝对压力( k p a ) ： r 一气体常数( k j k m o l k ) ： 圪一一发动机排量( m 3 ) ： 刀一一发动机转速( r m i n ) ： 矽。一一充气效率； 口一一流量系数； 4 一一节流孔截面积( m 2 ) ： 下标代号：a 为大气压力；r 为e g r 回路；i n 为进气管；e x 为排气管处；c 为废气引出处。 一般在各参数测量结果都比较准确的条件下，这种方法所得到的值是比较 接近e g r 定义的实际的e g r 率的。但由于计算公式中的大多数参数，都需要 经过测量来确定，且在计算过程中也确实存在着一些系统性的误差，因此在研 究中难以用于定量分析。 ( 2 ) 容积流量型。又称为掺比法，这种方法主要是基于克服质量流量型方 法实用性差的缺点而发展来的一种方法。计算公式为： 矿 e g r 率= i 鼍丁x 1 0 0 ( 1 - 2 ) 矿士矿 、 式中，巧。一一进气状态下引入的再循环废气体积； 圪一一进入气缸的新鲜空气体积。 这种方法一般比较适用于试验成本不变的场合。首先在发动机保持恒定转 速，即燃烧室进气量基本保持不变的条件下，测量出在无循环废气引入的情况 下进入燃烧室的空气体积v a o 。然后再测出相同转速下在有循环废气引入的情 况下进入燃烧室的空气量v r 。v r a = v a o v r 即为相同状态下进入气缸的再循环 废气量。该方法比较简单，容易实现，计算和操作起来也都很方便。但是由于 每次再循环废气温度的不同，引入相同质量的废气的体积也会随之发生变化。 因此，只有在相同转速和相同温度的双重条件下，计算出的e g r 率才能客观、 真实地反映实际的再循环废气量。 ( 3 ) 二氧化碳浓度型。由于汽车排放尾气中c 0 2 的含量较高，而空气中 c 0 2 的浓度又是一定的，因此，当系统引入的再循环废气量改变时，进气管中 定义为： 1 0 0 ( 1 3 ) c d 2 】6 置g 一背景气体中c 0 2 的浓度( 包括当气门重叠时因排气倒流引 入的c 0 2 ) ( 1 0 6 ) ： c d 2 】靠i l 一排气管中c 0 2 的浓度( 1 0 6 ) 。 一般情况下， c 0 2 b k g = o ，未装e g r 系统时， c 0 2 】6 堙= c 仇】肼彻。从公式中 可以看出，只要使用相关的传感器测出c 0 2 的浓度，便可以很快地计算出e g r 率。随着该方法在大多数的e g r 试验中的广泛应用，市场上也逐渐出现了许多 根据这种方法的原理而研制的专门用于测量e g r 率的仪器。 类似于二氧化碳浓度型的e g r 率的评价方法还有：基于进、排气中氧气浓 度的变化来表示e g r 率【l8 1 ，基于空气质量流量的变化来计算e g r 率，基于排 气总管温度的变化来计算e g r 率等【1 9 】。 1 2 2 废气再循环技术的国内外研究状况【1 7 , 2 0 - 2 6 】 从2 0 世纪6 0 年代开始，面对日益严峻的环境问题，欧、美、日本等发达 国家就已经开始相关汽车排放标准的制定和对低污染车用发动机排气净化技术 的研究。国外最初在汽油机上采用纯气动式且不带冷循环转置的e g r 系统，随 后出现了带冷循环的e g r 系统以及鉴于电控的带闭环控制的气电式和电控式 e g r 系统。目前，国外汽油车上e g r 技术的研究应用已经相当普遍。从2 0 世 纪7 0 年代后期开始，国外学者开始专注于柴油机上e g r 技术的研究和应用。 经过十多年的快速发展，轻型柴油机e g r 技术的应用逐渐成熟起来。到9 0 年 代初，e g r 技术又开始应用于涡轮增压柴油机。虽然e g r 技术经过了几十年 的发展并取得了一定的成绩，国外仍然十分重视对e g r 技术的深入研究和不断 完善。鉴于e g r 与发动机之间的复杂关系以及e g r 本身精确控制的实现效果， 国外目前正致力于e g r 与发动机各系统的优化匹配以及e g r 的精确控制的研 究，在保证发动机经济性和动力性的前提下，充分开发e g r 的降排和净化潜力， 提高e g r 的循环率。随着越来越严格的排放标准的制定以及计算机、电子控制 技术的应用普及，e g r 系统的研究和应用也会朝着更加智能、高效、精确的方 向发展。 在国内，e g r 技术在汽油机上的研究和应用已屡见不鲜，也确实取得了一 些较为长足的发展与进步。一汽集团1 9 9 8 年成功的将背压式e g r 系统应用于 c a 4 8 8 化油器汽油机上。广西玉柴机器股份有限公司2 0 0 5 年推出完全自主研 发的y c 4 f 轻型柴油机，采用行业领先的废气再循环及净化技术，创国内行业 新纪录。同时，也有很多国内厂家如北汽新峰、浙江盛龙集团和太原航空仪表 有限公司等都已实现e g r 系统中的关键零部件一一e g r 阀及传感器的批量生 4 籼k k n墨嚣 化k k 撇 一 应 = “ 相率 弭= 嘴 之 制 随 一 知协 k 度 晚 浓 k ， l q 似 式 耋i ，粪白1 - 1 皿7 1 是w e i k yl e e 于2 0 0 7 年1 0 月收集的一份关于我国e g r 系统供应 商的信息。 一 国内在柴油机e g r 技术的研究与应用上仍处于起步阶段，尤其是对涡 压机e g r 技术的研究才刚刚开始，仅国内的部分高校和科研单位对增压柴 e g r 技术作了一些初步的研究。随着更为严格的国家排放法规和排放标准 定和实施，我国对于e g r 技术的研究和应用也开始变的更加广泛和深入。 轮增 油机 的制 鉴于不同e g r 阀对再循环废气量控制方式的不同，可以将目前国内外市场 上出现的e g r 系统分为机械式、气电式和电控式等三种。 机械式e g r 系统主要是根据发动机的工作温度以及节气门的真空度来控 制和调节e g r 阀的工作时机和再循环废气量。该系统结构比较简单、成本低且 容易实施，控制的e g r 率为5 1 5 。但由于缺少e c u ( e 1 e c t r o n i cc o n t r 0 1u n i t ) 单元的介入，系统比较固化，缺乏柔性。对于工况复杂的发动机，这种系统很 难做到灵活应变，技术优势不够明显。 与机械式e g r 系统工作原理相似，气电式e g r 系统也是通过控制真空室 内的真空度来控制阀门的开度。但是由于e c u 单元的引入，并将原来的b v s v 阀( 双金属电磁真空阀) 替换为了v c m 阀( 电磁真空阀) ，气电式e g r 系统 的柔性有了较大的改善。综合传感器采集的发动机进气温度、冷却水温度及节 气门开度等信号，e c u 首先计算出废气再循环的最佳时机及废气再循环量，然 后输出占空比0 1 0 0 的p w m ( p u l s e 。w i d t hm o d u l a t i o n ) 信号控制电磁阀动 作，实现e g r 阀内真空度的调节，完成工作任务。e g r 阀门的开度大小由e g r 阀位置传感器来记录，e c u 可以利用e g r 阀位置传感器返回的信号对e g r 阀 门的开度大小进行反馈调节，这样就使得e g r 率的调整变的更加方便、灵活。 电控式e g r 系统通过电磁阀直接控制系统中的e g r 阀门的开度，省去了 气电式e g r 系统中的v c m 阀及真空控制回路，可控制e g r 率在1 5 2 0 。 与气电式e g r 系统相比，其优势在于：结构相对简单；动态响应好；调节精度 高；废气循环量大。 1 3 课题研究的来源、意义和目的 随着国、国排放标准的制定和实施，国内采用e g r 的车型和发动机型 越来越多。由于国内的e g r 技术起步较晚，目前大多数国内主机厂与发动机厂 倾向于通过e g r 供应商采购国外厂商生产的e g r 系统，自主研发和生产e g r 系统的国内厂商较少，如无锡龙胜。在e g r 阀位置传感器领域，e g r 供应商 比较了解的国外品牌有：b o s c h 、s i e m e n s 、a n p 、d e l p h i 、h a m l i n 以及 日本的一些品牌，而对国内其他e g r 供应商的了解主要集中在：浙江银轮、无 锡隆盛、宜宾天瑞达。由于国外某些e g r 阀位置传感器产品与国内现行的e g r 阀体可能存在不匹配的问题，国内很多厂商和供应商也已经开始自主研发和生 产e g r 阀位置传感器，但目前还处于研发阶段，绝对强势的品牌数目较少。大 多数公司对当前的电子元件供应商并不是十分满意，他们认为e g r 阀位置传感 器供应商需要在价格和质量方面有进一步的改进，并提供一些确切的供应商需 要改进的地方25 1 。 e g r 阀位置传感器是再循环系统中的关键器件，其主要功能是精确测量 e g r 阀位置，将e g r 阀门的开度大小转换为电压信号( 0 5 v ) 反馈给e c u ， 6 以便于e c u 实施对e g r 阀的精确控制，达到最佳的发动机e g r 率。e g r 阀 位置传感器在车间装配成功后，一般要根据采购商的技术要求先对其进行烧录， 获得用户需求的输出电压参数，然后厂家再根据采购商提供的不同位置的电压 输出范围对烧录过的e g r 阀位置传感器的灵敏度( 信号电压的近似线性变化规 律) 进行检测，判断产品是否合格，以保证其发挥良好的工作性能。 目前，针对e g r 阀位置传感器的烧录和检测尚无统一的国家标准或行业标 准。通过某汽车电子有限公司的调查研究，发现该企业的某种非接触式e g r 阀位置传感器的烧录和检测存在以下问题： ( 1 ) 手工操作，效率低。每次烧录和检测都要重复输入烧录和检测参数， 且烧录和检测过程不统一，耗时长，无法满足批量生产要求； ( 2 ) 随机误差大，测试精度低。每次烧录和检测的定位和夹紧都由人工完 成，人为因素影响大，导致同一e g r 阀位置传感器的重复烧录或检测结果相差 较大，难以保证出厂质量，合格率低； ( 3 ) 通用性差，成本高。针对不同型号的e g r 阀位置传感器，以及不同 的烧录或检测位置，需要制造不同的模具，难以适应用户的不同要求； ( 4 ) 无法保存产品的烧录和检测信息，不便于监测设备过程能力。重复定 义烧录和检测位置，无法保存检测的信号电压值，难以实现产品信息的统计和 设备过程能力的分析。 针对上述企业在e g r 阀位置传感器生产过程中遇到的问题，可以从以下两 个方面来分析和解决这些问题： ( 1 ) 实现烧录和检测工作的机械化和自动化，提高生产效率和测试精度， 降低员工的劳动强度。随着计算机软硬件技术、信息技术与制造业工业技术的 高速发展和企业信息化的推进，作为提高劳动生产率的主要手段之一的自动化 技术已经被广泛的应用于工业控制、机械制造、电力、建筑、交通运输和信息 技术等领域。一方面，自动化技术解放了人类思想，改变了人类的劳动和生活 方式，让人免于繁重的体力劳动以及恶劣、危险的工作环境，增强了人类认知 世界和改造世界的能力。另一方面，自动化技术解决了生产效率与一致性的问 题，极大地提高了劳动生产率，对企业生产过程有明显的提升作用1 2 引。 ( 2 ) 实现工作参数和产品参数等信息的存储功能，为产品质量的统计分析 提供数据支持，使对产品生产和加工的统计过程控制以及质量控制和管理成为 可能。在国内，制造企业长期受到产品质量不稳定、效益低下及资源浪费等问 题的困扰，这种局面严重地制约了我国制造业的产业升级和快速发展。据权威 部门的调查，我国每年因产品质量问题所造成的直接经济损失高达上千亿人民 币，给客户和社会带来的无形损失更是难以估计。伴随着全球经济一体化进程 的不断加快，国际市场的竞争日趋激烈，产品的质量也越来越成为制约企业生 存与发展的关键因素。为了提高质量，降低成本，企业迫切的需要建立质量目 标和过程质量控制技术之间的关系，依靠有效的生产过程监控确保质量目标的 实现。能够在产品生产和制造过程中，运用先进的检测和控制技术，提高质量 检验与过程监控水平，提升对产品制造过程中的全面控制能力，有效地保证产 品制造质量，这对企业的市场竞争力乃至企业的长远发展都有着非常重要的意 v 2 9 3 l 】 o 1 4 论文体系及内容安排 本文根据e g r 阀位置传感器的烧录和检测原理以及厂家实际生产状况，针 对e g r 阀位置传感器的多型号、多参数、大批量生产的特点，以及高可靠性、 高效率的要求，开发了一种以测试技术、计算机技术和自动化技术等为基础， 采用模块化结构和h o s tl i n k 通信协议的专用自动化烧录和检测平台。文章的 具体内容和结构安排如下： 第一章对e g r 技术的原理及e g r 技术研究和应用的现状做了阐述，对本 课题研究的来源、意义和目的做了简单的介绍。 第二章中通过阐述统计过程控制的基本原理及相关理论，引出了生产过程 中产品质量管理的两种方法，即控制图和过程控制能力。并分别介绍了控制图 的类型及其异常判定准则和过程能力的评价参考指标，为第五章的统计分析和 能力评估提供了理论基础。 第三章主要介绍了e g r 阀位置传感器( e v p ) 烧录与检测系统的工作原理， 以及系统的总体组成，包括机械本体、控制结构和夹具设计等。 第四章介绍系统的软件设计。根据系统设计的原则及功能需求分析，制定 软件系统的结构和工作流程，采用相关的设计语言和通信平台实现系统各功能 模块的设计。本章是全文的重要部分。 第五章通过系统抽样采集样本数据，运用统计分析软件m i n i t a b 绘制控 制图、计算该设备的过程能力指数，做出对产品质量和设备能力的评价，并分 析给出提高产品质量和设备过程能力的方法和措施。 第六章是对全文的总结，并对下一步工作做了展望。 第二章统计过程控制概述 2 1s p c 概述 2 1 1s p c 的含义和内容 s p c 是统计控制过程( s t a t i s t i cp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 的简称，最早是由美国质 量管理专家休哈特( w a s h e w h a r t ) 博士于1 9 2 4 年提出的，其概念是：用统计 分析的手段对整个生产过程中的变异进行测量、分析及做出评价。通过对测量 或反馈信息分析判断，科学地区分生产过程中的正常波动和异常波动，及时发 现系统性因素出现的征兆。在异常因素尚未造成生产事故之前，及时预警管理 人员，并指导其实施纠正措施消除异常影响，将过程稳定在仅受随机性因素影 响的统计控制状态，保证正常生产，提高生产效率【3 2 习4 1 。 s p c 是一种保证预防原则、实现过程控制的科学有效的管理方法。它通过 控制图的应用来判断过程的稳定性，预警质量问题和质量事故。而对于稳定的 过程，又可以通过过程能力的分析来预测未来过程绩效的定量范围。因此，将 统计过程控制技术应用于生产、分析以及控制的过程中，不仅可以有效地实现 现场质量控制，使生产过程处于一个稳定、受控的过程，同时还可以建立起生 产过程的信息管理平台，促进整个生产过程的持续改进【3 5 06 1 。 s p c 主要包括以下几个方面的工作【3 0 , 3 2 j ： ( 1 ) 培训。培训的内容包括：s p c 的重要性；正态分布等统计知识；质 量管理七种工具，最主要的是对控制图的深入研究。 ( 2 ) 关键变量的确定分析。一个产品质量的形成需要许多过程或工序，其 中有一些过程对产品质量的好坏起着至关重要的作用。所以必须要对各工程进 行分析( 可用因果图) ，找出对最终产品影响最大的变量并实行具体分析。 ( 3 ) 工艺参数( 包括材料参数、设备参数、环境参数、工艺条件参数等) 数据的采集，即过程数据的收集、整理。 ( 4 ) 对过程受控状态进行定量分析。一般采用分析用控制图分析过程的受 控状态，若发现失控或不稳定的趋势或征兆，应及时采取有效措施解决问题。 ( 5 ) 受控过程的过程能力分析。这一阶段主要针对受控的、稳定的过程， 当过程能力出现下降或不足的情况时，应及时采取有效措施，恢复正常过程。 ( 6 ) 监控用控制图对过程实施监控。监控用控制图一般用于过程受控且稳 定、过程能力充分情况下，对生产过程进行监控，该过程为s p c 的实施阶段。 ( 7 ) 过程监控、诊断和持续改进。生产过程中，一旦发现异常，当及时分 析原因，提出可行性措施，使过程恢复正常。而对处于统计控制状态的稳定过 程，仍需分析其过程能力，继续实施改进，不断提高产品质量，降低生产成本。 具体的技术流程如图2 1 所示。 关键工序节点 关键工艺参数设定 采集数据进s p c s p c 将数据转换为各种直观图形 _ 一 实时监控生产线和产品的质量状况 了解数据的真实性，分析各图形 从众多原囚中找出最大原因 专案处理( 以最小代价得到最大效果) 找出下一步可以的可能质量状况 矛毒磐 有问题否 二 磊 及时通知制造和工程部采取措施 注意实时监控改善前中后状况 = = 二= = 二二二= = 二二f = = = 二= = = _ - 眄氮毫函i 缈 叵蛔一一溺 继续生产和监控 立即采取其他措施或调整参数 图2 1s p c 技术路程图 2 1 2s p c 的发展历程 1 9 2 4 年5 月，统计过程控制的奠基人，美国贝尔实验室的休哈特博士提出 了统计控制理论及监控过程的工具，并绘制出世界上第一张控制图。随后贝尔 实验室的道奇( h f d o d g e ) 博士和罗格( h g r o m i g ) 博士提出统计抽样理论， 由此初步建立了统计过程控制的原型。但是，由于当时美国正处于经济萧条时 期，工业发展水平并不高，因此，统计过程控制的理论在当时工业