作者：王 欣

在汽車的傳動系統(tǒng)中,，若采用機械式手動變速器,，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行嚙合,，防止產生接合齒圈之間的沖擊，縮短換檔時間,，迅速完成換檔操作,，并延長齒輪壽命。同步器的性能指標直接影響變速器的效能表現,，從而影響車輛的操控性,，所以要在安裝前對其技術性能和壽命進行一系列相關測試。

研制基于PLC的變速器同步器測試系統(tǒng),，可以對同步器換擋過程中的關鍵參數進行實時準確的測試記錄,，通過對比分析處理，從而對被試同步器的性能與壽命作出客觀準確的評價,。因為PLC具有體積小,、功能強、可靠性高等特點,，所以采用PLC作為整個測試系統(tǒng)的控制核心,，通過驅動電機模擬換擋過程，并且控制二個軸的轉速,；同時配以計算機,，設定測試條件，用以高速采集測試系統(tǒng)中多路傳感器信號,，并對采集數據進行后期分析處理,，并發(fā)出相應指令。

1 測試系統(tǒng)組成

汽車同步器測試系統(tǒng)的主要部件有：結構臺體,、變頻電機,、伺服電機,、慣性飛輪、被試同步器,、換擋機械手,、循環(huán)潤滑系統(tǒng)、機械手控制箱,、控制柜,、各種檢測傳感器、PLC,、計算機等,，測試臺的機械結構如圖1所示。



注：1．交流伺服電機(0．85kW),；2．減速機,；3．離合器；4．交流變頻電機(3 kW),；5．機械手液壓泵站,；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,。



測試臺能對一定型號的同步器進行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摩擦系數和耐磨損性能,，擠壓測試用于測量同步器的靜摩擦系數,，測試是在室溫至120℃的潤滑油環(huán)境中進行的，通過對測試臺測量數據的分析與計算,，觀測并記錄同步器的摩擦性能與耐磨損性能,，從而對同步器的性能作出評價，其中連續(xù)測試流程如圖2所示,。

2 測試系統(tǒng)設計

整個測試系統(tǒng)的核心是測控部分,，首先要求實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況，以確保系統(tǒng)運行的安全可靠,；同時在測試過程中,，要求實時采集采集位移、轉速,、同步扭矩,、軸向力、潤滑油油溫和流速等一系列信號數據,，通過處理采集到的信號數據及由此繪出的特性曲線,，分析評價被測變速器同步器的相關性能，其測控系統(tǒng)原理框圖如圖3所示,。



測控系統(tǒng)由PLC,、計算機、各種傳感器,、信號測試調理卡,、驅動與控制電機等組成。測試系統(tǒng)由計算機和PIC共同控制,，計算機作為上位機具有良好的人機交互功能,，負責對整個測控系統(tǒng)進行監(jiān)控，向PLC發(fā)送指令及數據,，實現對現場設備的控制,，并通過數據分析軟件對采集到的測試數據進行進一步的處理，從而測試同步器的性能指標,；因為PLC具有操作方便,、可靠性高等優(yōu)點，能很好地滿足測試系統(tǒng)控制的要求,，所以采用PLC來采集現場信號和輸出控制信號,；負責直接控制與監(jiān)控現場設備，包括換擋機械手的運動控制,、電機速度的調節(jié),、變速器油溫控制等；傳感器負責采集現場的信號,，經信號測試調理卡轉換成模擬量傳送給PLC和計算機,。需要指出的是：當測試開始之前，必須對變速器各個擋位位置進行預先設定,，將各個擋位對應的選擋位置傳感器和掛擋位置傳感器數據存儲于PLC的存儲區(qū),，同時將機械手的控制參數如各個擋位的掛擋力、掛擋速度、擋位位置補償存儲于PLC的存儲區(qū),，在測試過程中,，通過對這些數據的快速查詢而準確快速的模擬換擋過程。

3 系統(tǒng)實現

測控系統(tǒng)采用計算機與PLC綜合控制,。

作為上位機,，計算機中的對應控制程序基于Windows2000／XP平臺系統(tǒng)進行開發(fā)，采用人性化用戶界面,，能實現試驗臺的自動化控制和試驗數據的存儲及分析處理,，其主要實現的功能有：

1)可以預先設定試驗程序，包括軸向力,、加載時間,、卸載時間、轉速差,、潤滑油溫度等參數,，并能對同步器參數和試驗工況進行編輯、保存,、下載,、打印,；

2)連續(xù)自動記錄測試過程中的相關等數據,，實時圖形顯示所有的測量和計算數據，并生成相應變化曲線分析圖,；

3)查閱,、刪除、分析,、打印歷史測試數據或曲線圖,；

4)實時顯示測試中的設備狀態(tài)及可能出現的錯誤故障，按照出錯等級(警告,、錯誤,、嚴重錯誤、致命錯誤)自動做出應對,；

作為下位機,，PLC負責對現場設備進行控制與監(jiān)控，PLC中的控制程序采用德國倍福公司的TwinCAT PLC編程軟件編寫,，整個程序控制流程如圖4所示,。



PLC中的控制程序實現的功能主要有：

1)控制換擋  PLC根據計算機發(fā)送的控制命令，提取其存儲區(qū)內相應的數據,，執(zhí)行相應換擋動作,；同時計算機通過讀取相應傳感器信號監(jiān)視換擋動作完成情況，若選擋未能到位或換擋超時，會即刻強制空擋,，起到安全保險作用,；當選擋及時準確到位時，則發(fā)出下一步指令,。

2)采集數據  因為測試環(huán)境中通常存在強烈的電磁干擾,，如不采取相應的抗干擾措施，其會以傳導和輻射的形式進入測控系統(tǒng),，嚴重影響測試結果，所以要從硬件和軟件上加以相應處理,，硬件上要采取相應的電磁屏蔽,，在測試信號調制卡設置多重濾波電路，利用PLC的I／O模塊帶有電氣隔離功能進行光電隔離,；軟件上采用相應算法進行濾波處理,，進一步減低干擾影響。

3)安全保護  當不當操作或測試同步器零件總成發(fā)生過早損害或其他故障(電機過載,、超速,、超溫等)時，使試驗臺能夠快速自動停止,，對變頻器具有過流,、過載、過壓,、欠壓,、過熱、短路和冷卻風扇異常保護,，對電動機具有過載和超速保護,，對系統(tǒng)具有超速、超扭和超溫保護,，所有報警信號通過主控制計算機顯示故障原因或故障代碼,；緊急停車是必須的硬件功能，可以手動執(zhí)行或系統(tǒng)自動執(zhí)行,；緊急停車時加載機構處于中間位,，電機通過制動單元緊急停車、機械手摘到空擋,，報警器發(fā)出報警,。

4 結論

同步器測試系統(tǒng)是包含信號采集處理、電子電路,、機械結構等學科于一體的自動控制機電一體化設備,，能夠完成典型的長時間、高重復性測試項目，運行穩(wěn)定可靠,，對于提高同步器測試自動化水平具有重要的實用價值,。