基于PLC和計(jì)算機(jī)的汽車同步器測試系統(tǒng)

摘要：同步器是汽車變速箱的核心部件，其性能對(duì)汽車變速箱以及汽車性能的提高有著重要意義。為了評(píng)價(jià)汽車變速器中同步器的性能與壽命，相應(yīng)設(shè)計(jì)了基于PLC和計(jì)算機(jī)共同控制的測試系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)主要完成人機(jī)界面交互任務(wù)以及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與存儲(chǔ)，PLC根據(jù)計(jì)算機(jī)命令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制；測試系統(tǒng)能夠進(jìn)行三類長時(shí)間、高重復(fù)性的主要測試，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。本文主要介紹了測試系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC在測試系統(tǒng)中的應(yīng)用和控制程序設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：同步器測試；PIC；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；程序設(shè)計(jì)

在汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)中，若采用機(jī)械式手動(dòng)變速器，一般都配有同步器，其主要功能是：使接合套與待接合齒圈兩者之間能迅速同步，阻止在同步之前齒輪進(jìn)行嚙合，防止產(chǎn)生接合齒圈之間的沖擊，縮短換檔時(shí)間，迅速完成換檔操作，并延長齒輪壽命。同步器的性能指標(biāo)直接影響變速器的效能表現(xiàn)，從而影響車輛的操控性，所以要在安裝前對(duì)其技術(shù)性能和壽命進(jìn)行一系列相關(guān)測試。

研制基于PLC的變速器同步器測試系統(tǒng)，可以對(duì)同步器換擋過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測試記錄，通過對(duì)比分析處理，從而對(duì)被試同步器的性能與壽命作出客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。因?yàn)镻LC具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，所以采用PLC作為整個(gè)測試系統(tǒng)的控制核心，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)模擬換擋過程，并且控制二個(gè)軸的轉(zhuǎn)速；同時(shí)配以計(jì)算機(jī)，設(shè)定測試條件，用以高速采集測試系統(tǒng)中多路傳感器信號(hào)，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行后期分析處理，并發(fā)出相應(yīng)指令。

1 測試系統(tǒng)組成

汽車同步器測試系統(tǒng)的主要部件有：結(jié)構(gòu)臺(tái)體、變頻電機(jī)、伺服電機(jī)、慣性飛輪、被試同步器、換擋機(jī)械手、循環(huán)潤滑系統(tǒng)、機(jī)械手控制箱、控制柜、各種檢測傳感器、PLC、計(jì)算機(jī)等，測試臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

注：1．交流伺服電機(jī)(0．85kW)；2．減速機(jī)；3．離合器；4．交流變頻電機(jī)(3 kW)；5．機(jī)械手液壓泵站；6．皮帶輪；7．位移傳感器；8．液壓缸；9．潤滑油噴油口；10．編碼器(低速)；11．組合式慣性飛輪；12．離合器；13．轉(zhuǎn)速傳感器(高速)；14．潤滑油回油口；15．兩分力傳感器；16．齒輪錐；17．同步器；18．撥叉；19．工作倉。

測試臺(tái)能對(duì)一定型號(hào)的同步器進(jìn)行3類主要測試：連續(xù)測試、慣性測試和擠壓測試，連續(xù)測試與慣性測試測量同步器動(dòng)摩擦系數(shù)和耐磨損性能，擠壓測試用于測量同步器的靜摩擦系數(shù)，測試是在室溫至120℃的潤滑油環(huán)境中進(jìn)行的，通過對(duì)測試臺(tái)測量數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算，觀測并記錄同步器的摩擦性能與耐磨損性能，從而對(duì)同步器的性能作出評(píng)價(jià)，其中連續(xù)測試流程如圖2所示。

2 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)測試系統(tǒng)的核心是測控部分，首先要求實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠；同時(shí)在測試過程中，要求實(shí)時(shí)采集采集位移、轉(zhuǎn)速、同步扭矩、軸向力、潤滑油油溫和流速等一系列信號(hào)數(shù)據(jù)，通過處理采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)及由此繪出的特性曲線，分析評(píng)價(jià)被測變速器同步器的相關(guān)性能，其測控系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。

測控系統(tǒng)由PLC、計(jì)算機(jī)、各種傳感器、信號(hào)測試調(diào)理卡、驅(qū)動(dòng)與控制電機(jī)等組成。測試系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和PIC共同控制，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)具有良好的人機(jī)交互功能，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)測控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，向PLC發(fā)送指令及數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的控制，并通過數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)采集到的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而測試同步器的性能指標(biāo)；因?yàn)镻LC具有操作方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足測試系統(tǒng)控制的要求，所以采用PLC來采集現(xiàn)場信號(hào)和輸出控制信號(hào)；負(fù)責(zé)直接控制與監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備，包括換擋機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)速度的調(diào)節(jié)、變速器油溫控制等；傳感器負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場的信號(hào)，經(jīng)信號(hào)測試調(diào)理卡轉(zhuǎn)換成模擬量傳送給PLC和計(jì)算機(jī)。需要指出的是：當(dāng)測試開始之前，必須對(duì)變速器各個(gè)擋位位置進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，將各個(gè)擋位對(duì)應(yīng)的選擋位置傳感器和掛擋位置傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于PLC的存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)將機(jī)械手的控制參數(shù)如各個(gè)擋位的掛擋力、掛擋速度、擋位位置補(bǔ)償存儲(chǔ)于PLC的存儲(chǔ)區(qū)，在測試過程中，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的快速查詢而準(zhǔn)確快速的模擬換擋過程。