变速箱试验台

汽车变速箱性能检测系统设计与实现

李冰锋1，2陈书宏1

（⒈中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳 110016 ; 2. 中国科学院研究生院，北京 100039）

摘要：本文从整体上论述了汽车变速箱性能检测系统的测试原理和设计方案，并从硬件和软件两方面详细阐述了汽车变速箱性能检测系统的组成。现场总线的采用，使本系统的结构更加简单，实施更加方便。实践证明，该方法是可行的，可靠的。

关键词：变速箱；可编程控制器；CC-Link；触摸屏

The Design and Implementation of a Test System for the Performance of Automobile Gearbox

Li Bing Feng1,2 Chen Shu Hong 1

(⒈Shenyang Institution of Automation Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016 ; ⒉Graduate School Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039 )

Abstract: This paper discusses the test theory and design project of a test system for the performance of automobile gearbox, and describes the makeup of the system from hardware and software. The use of fieldbus makes the system simpler and more convenient. It is proved that this approach is practicable and reliable in practice.

Key words:Automobile-gearbox;PLC;CC-Link;Touch screen

中图分类号: TP273 文献标识码: A

1、前言

变速箱以其传动力矩大、传动比固定、结构紧凑等优点，成为汽车的关键传动部件之一。其操作性、传动性和安全性的好坏将直接影响到汽车的整体性能。因此，在变速箱总装完成之后，必须对其进行系统全面的性能检测，以保证每台变速箱的内在质量。目前，汽车行业中，用于汽车变速箱性能检测的试验台主要有机械功率封闭式试验台和电功率封闭式试验台两种。

由于机械功率封闭式试验台存在着加工量大、机械结构复杂、传动效率低、能量损耗大、通用性较差等缺点，已逐渐被淘汰；现在广泛采用的是机械结构简单、通用性较强的电功率封闭式试验台。本文介绍的就是一种基于工业现场的电封闭式的变速箱综合性能检测系统。

2、系统的总体设计

整个检测系统由注、排油装置，辅助装置和试验台主体三部分组成。其工作流程如下：变速箱总成装配完毕后，被送入到注油工位，由注油装置向变速箱注入润滑油，注油量合格后，变速箱被辅助装置送至试验台进行性能检测，检测完毕后，再由辅助装置将变速箱送到排油工位进行排油，排出的润滑油经油路自动回流到注油装置，以循环利用。由于注、排油装置和辅助装置的控制比较简单，在此不做详述。

试验台主体是整个检测系统的核心部分。其结构原理如图a所示：

图（a）

动力区和模拟负载区的直流电机均由转速和电流双闭环的可控硅可逆直流调速器供电。两者的不同在于，动力区的直流电机处于转速和电流的双闭环控制，可以运行于期望的转速上；而模拟负载区的电机则采用电流闭环来间接地控制加载扭矩。在整个试验过程中，动力

区电机工作于电动状态，其直流调速器工作在整流状态，将电网电能转化为机械能，驱动变速箱运转；而模拟负载区电机则处于发电状态，其直流调速器工作在逆变状态，将机械能转化成电能并回馈电网[1]。可见整个系统构成了电能的封闭系统，故称为电功率封闭试验台。

3、测控系统组成

（1）硬件构成及其特点

变速箱生产厂商一般要求对其生产的变速箱进行多方面的检测。例如，变速箱的油温、油压检测，变速箱冷却泵流量检测，换档力检测，噪音检测等。根据客户的需求，本系统选择了如下几个主要的性能指标作为检测对象：振动和噪声，换档力，变速箱油温、油压和冷却泵流量，里程表编码器，另外还要求对变速箱的输入、输出转速，扭矩和功率等参数进行检测。

由于变速箱，试验台主体，注、排油装置和辅助装置在空间上的分散性，使得上述检测和控制信号在空间上也呈现出较大的分散性。这使的系统的布线相当繁琐，也对以后的系统维护和扩展带来了很大的麻烦。为此，本系统采用了现场总线的控制方式。

CC-Link是Control&Communication Link的简称，是三菱电机于1996年推出的开放式现场总线系统。其数据容量大，传输速率快，是一种可靠性高、性能较强的现场总线网络，支持瞬时传送和即插即用功能，当传输速率小于100米时，最高传输速率可达到10bps[3]。完全能够满足本系统的要求。

系统的测控原理图如图（b）所示：

图（b）

PLC采用三菱的Q系列[2]，CC-Link总线模块连接远程A/D模块和远程I/O模块。由于本系统中传感器输出的信号类型有电压信号和电流信号两种，所以各采用一块远程A/DI模块和远程A/DV模块，用于测量和采集输入和输出扭矩信号、速度信号，加速度传感器信号，以及变速箱自身信号。

变速箱的噪声是其检测过程中的一项重要性能指标，由于现场存在着其它干扰噪声，若采用声级计直接来测量变速箱噪声，则噪声信号将不可避免的存在着失真，甚至被其它现场噪声所淹没。为了比较准确地测得变速箱的噪音信号，本系统采用了以振动来评价噪声的技术，由加速度传感器来间接测量变速箱的噪声[4]。

由于本系统只是整个变速箱装配线中的一个环节。当被检测变速箱进入此工位时，需用扫描仪来识别其序列号，并通过以太网模块从上位系统获取此种型号变速箱的各种性能指标值的极限值及其它相关数据，当检测完毕后又需要通过以太网模块将实际的性能指标值及其相关数据送上位系统保存。

3、软件系统

该系统的软件整体上分为PLC控制软件和触摸屏的监控软件两部分。

PLC的控制软件分为：主程序、故障报警子程序、与远程模块的通讯子程序、