基于的汽车变速器换挡试验台系统设计

乏领电机
／－Ｆ速转
转矩传感≮ 换挡＋巴兰三逼Ｉ ＼＼＼ｑｆ
高于测控室内的操作。当工作人员进行现场调试 和测试时，测控室内的工控机只能实时监控，不能 操作。 工控机选用研华公司的ＩＰＣ一６１０Ｈ，配以工 业以太网卡ＭＩＣ２６６０；人机界面采用三星１７寸液 晶显示器，主要负责联网、流程显示、数据和图表 的处理。４１。通过Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ协议和ＰＡＣ实现 实时数据传输。
第２８卷
Ｖ０１．２８
第２期
Ｎｏ．２
重庆理工大学学报（自然科学）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
２０１４年２月
Ｆｅｂ．２０１４
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８４２５（ｚ）．２０１４．０２．００３
ｒａｍｅｔｅｒｓ．ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｏｎｌｉｎｅ
ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｓｈｉｆｔ；ｔｅｓｔ
ｂｅｎｃｈ；ＰＡＣ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
和报警监控等部分组成。系统以数据库的形式存 储用户信息，如用户信息匹配则登录系统，才可使
用软件提供的各项功能，否则不能进入该软件系 统。用户信息匹配成功后可进入试验管理模块， 对试验数据进行管理。管理员可以动态删除不用 的数据，同时也可以对试验信息进行管理。在历 史数据查询时可以以图表和报表２种方式显示试 验数据，用户只需选择相应的试验名称即可动态 载人试验数据。该模块同时具有图表和报表打印
ｏｎ
ＰＡＣ
万方数据
１２
重庆理工大学学报
接影响了对变速器换挡品质的客观评价。２ｊ。因 此，需要一套精度高、可靠性强、智能化的测控系 统来保证试验的准确性。 通过对国外试验台的借鉴和研究，结合虚拟 仪器开发了基于ＰＡＣ的变速器换挡试验台架。试 验台采用气压缸来驱动换挡机械手，用ＰＡＣ实时 采集换挡位移、换挡力、转速转矩等多项参数，通 过工业以太网传送至操作员站。操作员负责试验 台的控制管理、了解其运行状态。
基于ＰＡＣ的汽车变速器换挡试验台系统设计
米林，吴俊，谭伟
（汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室，重庆４０００５４）
摘
要：根据国家汽车变速器换挡试验标准，对某型汽车变速器进行试验台测控系统设计。
采用ＰＣ＋ＰＡＣ的分级分布式控制形式，以研华工控机和ＡＤＡＭ一５５５０ＫＷ型ＰＡＣ为硬件平台，
Ｍｕｈｉｐｒｏｇ和ＬａｂＶｉｅｗ为软件平台，通过Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ通信协议建立控制管理层和现场设备层
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喷鼋飞轮
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图ｌ
变速器换挡试验台机械结构
万方数据
米林，等：基于ＰＡＣ的汽车变速器换挡试验台系统设计
１３
功能。系统参数设置模块的主要作用是设定系统
３试验台百度文库件系统
该测控系统的软件分为上位机监控软件和 ＰＡＣ测试控制软件。上位机软件操作界面截图如 图３所示，软件负责实时对转速、挡位、选换挡力、
３．１
报 警 参 数 设
置
新
建 换 挡 试 验
图４上位机软件系统框架
报警监控 报警监控模块提供两级报警保护机制。使用
人员通过预设报警参数来控制报警，在测量参数
到达第１级报警值时，通过灯光、字体反色等方法 提示使用者系统已进入报警状态。使用者这时可
以采取相应的措施来解除报警。当测量参数到达
第２级保护值时，将自动按照系统预设程序采取
４０００５４，Ｃｈｉｎａ）
ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｅｓｔ
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ｔｈｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｓｈｉｆｔ—ｔｅｓｔ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｗｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ
ａ
ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ
ｃｅｒｔａｉｎ ｔｙｐｅ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏｏｋ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｈｉｅｒ－
收稿日期：２０１３—１ｌ一２ｌ 作者简介：米林（１９６４一），男，重庆人，教授，主要从事机电测控方面的研究。 引用格式：米林，吴俊，谭伟．基于ＰＡＣ的汽车变速器换挡试验台系统设计［Ｊ］．重庆理工大学学报：自然科学版，２０１４
（２）：１１—１５．
Ｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｔ：ＭＩ“ｎ。ＷＵ Ｊｔｍ。ＴＡＮ Ｗｅｉ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｈｉｆｔ Ｔｅｓｔ Ｂｅｎｃｈ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１４（２）：１１—１５．
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｈｉｆｔ Ｔｅｓｔ
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Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｐａｒｔｓ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ
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图形化的软面板来替代传统仪器面板。在操作
时，用户通过鼠标或键盘操作软面板来检验仪器 的通信和操作。下位机ＰＡＣ运行的是ＷｉｎＣＥ
５．０
霪ｌ Ｉ曩Ｉ Ｉ篓ｌ １粪
通 信 参 数 设
置
操作系统，采用基于ＩＥＣ６１１３１—３标准的应用程 序开发软件ＫＷ—Ｍｕｈｉｐｒｏｇ进行开发，负责对现场 电气设备的控制和数据采集，自动完成设定的 试验：６：。
可靠操作‘３。。ＡＤＡＭ一５０１７Ｈ８通道高速模拟信号
输入模块，用来采集离合器位移，选换挡位移、力
等模拟量信号。ＡＭＯＮｅｔ运动控制模块可实现离 合器作动器、选换挡机械手的运动控制。ＰＡＣ和
变频器之问通过Ｍｏｄｂｕｓ总线进行通信。将工业 平板电脑连接至ＰＡＣ，利用ＰＡＣ内置的测控软件 可在现场调试和运行试验台，现场操作的优先级
相应的保护措施（如降低转速、停车等），同时通过
图３监控系统操作界面图
灯光、字体反色等方法提示使用者系统已进入保 护状态。系统还提供机械、电气、控制等３方面的
如图４所示，上位机软件主要由系统登录、试 验管理、历史数据查询、系统参数设置、新建试验
联锁保护，实现在故障等特殊情况下对系统重要 部分和测试人员的保护。 ３．２自动换挡的实现 本试验台主要测试变速器的选换挡性能，故 采用较简单的单参数（转速）的换挡规律‘７。。当转 速达到预设的转速范围时，发出换挡命令，ＰＡＣ将 读取的当前挡位和程序设定的挡位进行比较。如 果两者挡位相同则直接退出换挡程序；若不一样， 则执行选挡、换挡操作。在选换挡过程中，利用位 移传感器来检测挡位位置，不同的挡位分别对应 不同的位移值，这样就能确定实际是哪个挡位。
网络进行上、下位机之间的通信。通过试验台系统的设计，能实现预设参数下试验过程的自动 控制和故障报警，为变速器换挡性能的在线测试提供了方便。 关键词：变速器；换挡；试验台架；ＰＡＣ；集散控制系统
中图分类号：Ｕ４６３；ＴＨ－３９ 文献标识码：Ａ
文章编号：１６７４—８４２５（２０１４）０２—００１ｌ一０５
ＰＡＣ／ＣＰＵ
２试验台硬件系统
试验台硬件系统结构如图２所示。
ＡＤＡＭ．５０ ｌ ７Ｈ
１
测试原理及机械结构
合
器
换
挡 位 移 传
换
挡 位 移 传
Ａ 口
器 作 动 器
离
试验台机械结构如图１所示，主要包括变频 电机、惯量飞轮、选换挡机械手、被试变速器和万 向节等。试验台的主要功能是模拟实际工况来测 试变速器的换挡性能。变频电机是整个试验台的 动力部分，它主要模拟实际工况下换挡时的车速。 惯量飞轮的作用是模拟行驶中整车的惯量。惯量 盘模拟汽车行驶中发动机的转动惯量。选换挡机 械手模拟行驶中变速器的换挡，选挡机械手由交 流伺服电机和丝杠组成，通过力矩和位置的混合
万方数据
１４
重庆理工大学学报 作环境，现场控制网络必须具有较高的实时性、可 靠性和安全性。现场控制网络多是指各种总线的 集合。目前总线种类繁多，标准不一，主要以４８５ 总线、ＣＡＮ总线、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线、Ｍｏｄｂｕｓ总线为主 流，各种总线并存。 控制管理层由工业以太网组成，将上位机等 监控设备联网，主要负责接收现场设备层控制节 点上传的生产现场实时数据信息。对于测试环境 比较恶劣的，这一层的设置尤为重要。本系统采 用的是基于Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ协议的工业以太网， 利用传统通信以太网的优势介入控制管理层势必 成为未来的发展趋势。 信息管理层采用普通的ＴＣＰ／ＩＰ网络，将其通 过网关和控制网络连接，使得企业高层能对现场 生产时时掌管，有利于高层的调度和统筹安排。 在信息管理层中融人底层的生产信息可作为科学 管理、市场竞争的重要手段¨０｜。
信息管理器
换挡操作和选挡操作工作方式一样，也是利用位 移传感器来确定是否换挡到位旧Ｊ。 如图５所示，选换挡操作包括离合器分离、选 挡、选挡到位、换挡、换挡到位、离合器接合等一系 列步骤。每一个动作命令的发出都要验证其条件 是否满足，以确保安全。程序具有换挡失败报警 功能。当换挡操作失败时，换挡失败次数累加１， 然后继续执行换挡操作，如此循环。若失败次数 累加到超过预设次数时，程序发出警报并且停机
ａｓ
ａｒｃｈｉｃａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＰＣ＋ＰＡＣ．ｕｓｉｎｇ Ａｄｖａｎｔｅｃｈ ＩＰＣ ａｎｄ ＡＤＡＭ－５５５０ＫＷ ＰＡＣ
ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｐｌａｔ．
ｆｏｒｍ
ａｎｄ Ｍｕｈｉｐｒｏｇ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ＬａｂＶｉｅｗ
ｗａｓ
ｃａｎ
ａｓ
ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ ａｎｄ
住
移 传
换 挡 机 械
手
选
档
感
感
器
感
器
机 械 手
型旦…剀
转速转矩传感器一
图２硬件系统结构
系统采用ＰＡＣ＋ＰＣ分级分布式控制形式。 研华的ＡＤＡＭ一５５５０ＫＷ系列ＰＡＣ具有独特的双 ＣＰＵ架构：上层的ＡＭＤ
ＧｅｏｄｅＴＭ ＧＸ５３３Ｍ
ＣＰＵ功
控制实现选挡力、选挡速度、选挡位置的精确可
调。换挡机械手采用气压驱动，气压驱动具有运 动速度快、可压缩和抗冲击的特性，与人肌肉的弹 性和柔顺性比较吻合。转速转矩传感器采集变频
ｆｉｅｌｄ ｄｅｖｉｃｅ ｌａｙｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ
ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
ｐｒｏｔｏｃ０１．Ｔｈｒｏｕｇｈ
ｔｅｓｔ．
ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ
ｔｅｓｔ
ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ
ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ａｌａｒｍ ｗｈｅｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｂｙ ｐｒｅｓｅｔ ｐａ－
变速器是汽车传动系统中的一个重要组成部 分，其性能直接影响整车的动力性和可靠性。对 变速器零部件性能、寿命进行测试是每个厂家及
质检部门必须经历的环节‘１Ｉ。
变速器换挡试验是检测变速器性能必不可少
的流程。在传统的换挡实验中，选挡、换挡的动力 来源是人，不仅效率低，而且不同人的操作方式和 习惯不一样，对选换挡力、位移的把握都不同，直
参数（如采样周期、报警参数阈值、通信参数等）。 新建试验模块需要用户输入试验编号、试验地点、 试验人员等信息，系统确认后进人变速器性能试 验模块，同时将所填写的试验信息录入数据库，创 建试验数据表。
位移等相关参数进行整理和趋势分析等；围绕试
验实现故障报警、保护等辅助功能。软件的开发 平台采用美国国家仪器（ＮＩ）公司的虚拟仪器开发 软件ＬａｂＶｉｅｗ∞１。ＬａｂＶｉｅｗ没有常规仪器的控制 面板，利用计算机强大的图形用户界面（ＧＵＩ），采 用可视化的图形编程语言，在计算机屏幕上建立
能强大，具有ＨＭＩ软件功能、数据库功能以及强大 的运算能力等；下层的ＡＲＭ７ ＣＰＵ负责底层Ｉ／Ｏ 模块的操作和控制，保证Ｉ／Ｏ端口的实时、稳定、
电机的转速，通过ＲＳ２３２Ｃ总线将数据传给ＰＡＣ 进行转速的闭环控制，试验台的单参数换挡信号
也是转速。试验过程中，主要采集转速（车速）、选 换挡力、选换挡位移等参数来作为换挡品质的评 价依据。