一种基于PLC和计算机的汽车同步器测试系统的设计

2012-05-17 20:16:50来源: 互联网

    摘要:同步器是汽车变速箱的核心部件,其性能对汽车变速箱以及汽车性能的提高有着重要意义。为了评价汽车变速器中同步器的性能与寿命,相应设计了基于PLC和计算机共同控制的测试系统;计算机主要完成人机界面交互任务以及相关数据的分析与存储,PLC根据计算机命令实现数据实时采集和对整个系统的实时控制;测试系统能够进行三类长时间、高重复性的主要测试,运行稳定可靠。本文主要介绍了测试系统的组成结构、系统设计、PLC在测试系统中的应用和控制程序设计。

  在汽车的传动系统中,若采用机械式手动变速器,一般都配有同步器,其主要功能是:使接合套与待接合齿圈两者之间能迅速同步,阻止在同步之前齿轮进行啮合,防止产生接合齿圈之间的冲击,缩短换档时间,迅速完成换档操作,并延长齿轮寿命。同步器的性能指标直接影响变速器的效能表现,从而影响车辆的操控性,所以要在安装前对其技术性能和寿命进行一系列相关测试。

  研制基于PLC的变速器同步器测试系统,可以对同步器换挡过程中的关键参数进行实时准确的测试记录,通过对比分析处理,从而对被试同步器的性能与寿命作出客观准确的评价。因为PLC具有体积小、功能强、可靠性高等特点,所以采用PLC作为整个测试系统的控制核心,通过驱动电机模拟换挡过程,并且控制二个轴的转速;同时配以计算机,设定测试条件,用以高速采集测试系统中多路传感器信号,并对采集数据进行后期分析处理,并发出相应指令。

  1 测试系统组成

  汽车同步器测试系统的主要部件有:结构台体、变频电机、伺服电机、惯性飞轮、被试同步器、换挡机械手、循环润滑系统、机械手控制箱、控制柜、各种检测传感器、PLC、计算机等,测试台的机械结构如图1所示。

图1 测试台的机械结构示意图

  注:1.交流伺服电机(0.85kW);2.减速机;3.离合器;4.交流变频电机(3 kW);5.机械手液压泵站;6.皮带轮;7.位移传感器;8.液压缸;9.润滑油喷油口;10.编码器(低速);11.组合式惯性飞轮;12.离合器;13.转速传感器(高速);14.润滑油回油口;15.两分力传感器;16.齿轮锥;17.同步器;18.拨叉;19.工作仓。

    测试台能对一定型号的同步器进行3类主要测试:连续测试、惯性测试和挤压测试,连续测试与惯性测试测量同步器动摩擦系数和耐磨损性能,挤压测试用于测量同步器的静摩擦系数,测试是在室温至120℃的润滑油环境中进行的,通过对测试台测量数据的分析与计算,观测并记录同步器的摩擦性能与耐磨损性能,从而对同步器的性能作出评价,其中连续测试流程如图2所示。

图2 连续测试流程

    2 测试系统设计

  整个测试系统的核心是测控部分,首先要求实时监控系统的运行状况,以确保系统运行的安全可靠;同时在测试过程中,要求实时采集采集位移、转速、同步扭矩、轴向力、润滑油油温和流速等一系列信号数据,通过处理采集到的信号数据及由此绘出的特性曲线,分析评价被测变速器同步器的相关性能,其测控系统原理框图如图3所示。

图3 测控系统原理框图

  测控系统由PLC、计算机、各种传感器、信号测试调理卡、驱动与控制电机等组成。测试系统由计算机和PIC共同控制,计算机作为上位机具有良好的人机交互功能,负责对整个测控系统进行监控,向PLC发送指令及数据,实现对现场设备的控制,并通过数据分析软件对采集到的测试数据进行进一步的处理,从而测试同步器的性能指标;因为PLC具有操作方便、可靠性高等优点,能很好地满足测试系统控制的要求,所以采用PLC来采集现场信号和输出控制信号;负责直接控制与监控现场设备,包括换挡机械手的运动控制、电机速度的调节、变速器油温控制等;传感器负责采集现场的信号,经信号测试调理卡转换成模拟量传送给PLC和计算机。需要指出的是:当测试开始之前,必须对变速器各个挡位位置进行预先设定,将各个挡位对应的选挡位置传感器和挂挡位置传感器数据存储于PLC的存储区,同时将机械手的控制参数如各个挡位的挂挡力、挂挡速度、挡位位置补偿存储于PLC的存储区,在测试过程中,通过对这些数据的快速查询而准确快速的模拟换挡过程。

  3 系统实现

  测控系统采用计算机与PLC综合控制。

  作为上位机,计算机中的对应控制程序基于Windows2000/XP平台系统进行开发,采用人性化用户界面,能实现试验台的自动化控制和试验数据的存储及分析处理,其主要实现的功能有:

  1)可以预先设定试验程序,包括轴向力、加载时间、卸载时间、转速差、润滑油温度等参数,并能对同步器参数和试验工况进行编辑、保存、下载、打印;

  2)连续自动记录测试过程中的相关等数据,实时图形显示所有的测量和计算数据,并生成相应变化曲线分析图;

  3)查阅、删除、分析、打印历史测试数据或曲线图;

  4)实时显示测试中的设备状态及可能出现的错误故障,按照出错等级(警告、错误、严重错误、致命错误)自动做出应对;

  作为下位机,PLC负责对现场设备进行控制与监控,PLC中的控制程序采用德国倍福公司的TwinCAT PLC编程软件编写,整个程序控制流程如图4所示。

图4 整个程序控制流程图

  PLC中的控制程序实现的功能主要有:

  1)控制换挡  PLC根据计算机发送的控制命令,提取其存储区内相应的数据,执行相应换挡动作;同时计算机通过读取相应传感器信号监视换挡动作完成情况,若选挡未能到位或换挡超时,会即刻强制空挡,起到安全保险作用;当选挡及时准确到位时,则发出下一步指令。

  2)采集数据  因为测试环境中通常存在强烈的电磁干扰,如不采取相应的抗干扰措施,其会以传导和辐射的形式进入测控系统,严重影响测试结果,所以要从硬件和软件上加以相应处理,硬件上要采取相应的电磁屏蔽,在测试信号调制卡设置多重滤波电路,利用PLC的I/O模块带有电气隔离功能进行光电隔离;软件上采用相应算法进行滤波处理,进一步减低干扰影响。

  3)安全保护  当不当操作或测试同步器零件总成发生过早损害或其他故障(电机过载、超速、超温等)时,使试验台能够快速自动停止,对变频器具有过流、过载、过压、欠压、过热、短路和冷却风扇异常保护,对电动机具有过载和超速保护,对系统具有超速、超扭和超温保护,所有报警信号通过主控制计算机显示故障原因或故障代码;紧急停车是必须的硬件功能,可以手动执行或系统自动执行;紧急停车时加载机构处于中间位,电机通过制动单元紧急停车、机械手摘到空挡,报警器发出报警。

  4 结论

  同步器测试系统是包含信号采集处理、电子电路、机械结构等学科于一体的自动控制机电一体化设备,能够完成典型的长时间、高重复性测试项目,运行稳定可靠,对于提高同步器测试自动化水平具有重要的实用价值。

 

关键字:计算机  汽车  设计

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/0517/article_5460.html
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