汽车变速器试验台自动控制系统的开发

收稿日期：２００５一１２—１１． 作者简介：冯瑞（１９８１一），男，湖北武汉人，武汉理工大学机电工程学院硕士研究生
万方数据
７６
武汉理工大学学报·信息与管理工程版
２００６年４月
过程中实时检测变速器的转速及扭矩，使用ＲＳ一 ２３２总线与工控机通信，发送数据形式采用ＡＳＣ Ⅱ码格式ｕＪ。 ２．２控制系统工作原理
冯 瑞１，赵秀栩１，罗元月２
（１．武汉理Ｔ大学机电工程学院，湖北武汉４３００７０；２。广东省韶关宏大齿轮有限公司，广东韶关５１２０２８）
摘 要：介绍了一种汽车变速器疲劳试验台控制系统的硬件及软件结构，该系统是以工业控制计算机为核心，
基于Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００系统开发的，可根据试验参数的设置，利用同一试验台进行多种型号汽车变速
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系统以工业控制计算机为核心，实现对数据的采 集、处理、显示以及输出控制，结合电液比例控制 技术实现了汽车变速器试验载荷的平稳加载过程 的全自动控制，既可用于旧试验台的改造，也可用 于新试验台的开发。该试验台经过实际运行，结果 表明，在提高试验效率的同时，大大地降低了试验 操作人员的劳动强度，提高了试验过程的安全性， 同时具有控制灵活，响应速度快，自动化程度高， 可靠性高等优点，是准确评价汽车变速器产品性 能的重要设备。
加载开始，给电磁比例溢流阀输入一个与时间ｔ
成比例的电流，，就可实现扭矩的平稳加载。
因Ｖ／Ｉ转换、Ｉ／Ｐ转换均为线性关系，可有
Ｉ—ａｌＶ
（１）
尸一ａｚＩ
（２）
式中，Ｊ为电磁比例溢流阀的控制电流，ｙ为
ＰＣ６３２７卡的输出电压，尸为系统工作压力，ａ，、以。
为比例系数。由式（１）和式（２）可推出
Ｐ一口】ａ２Ｖ
第２８卷第４期 ２００６年４月
武汉理工大学学报·信息与管理工程版 ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＷＵＴ（ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ）
文ห้องสมุดไป่ตู้编号：１００７—１４４Ｘ（２００６）０４－－００７５一０３
Ｖ０１．２８ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２００６
汽车变速器试验台自动控制系统的开发
通过变频器来实现对主电机转速的控制，实 现无级变速，保证试验过程中输入端电机转速稳 定。在电机转速增加的过程中，通过电磁比例溢流 阀控制加载机构对变速器进行加载，实现载荷平 稳增加。加载的同时，系统监测扭矩转速传感器反 馈回来的载荷信号大小，当加载机构所加载荷达 到试验标准的要求时就不再增加载荷。
载荷平稳后，根据扭矩转速传感器反馈的测 量值与试验标准值的偏差控制加载装置。若测量 值与标准值的差值为正，则实际载荷大于标准载 荷，要减小载荷。若差值为负，则实际载荷小于标 准载荷，要增大载荷。系统保证试验过程汽车变速 器实际所受载荷与标准载荷的误差在±８ Ｎ·ｍ 以内，从而达到为汽车变速器建立稳定工况的要 求。
期嘲。控制程序主要实现试验中的加载控制、试验 参数设置、试验数据的采集以及故障报警等功能。
根据试验过程和系统要求，软件程序框图如
图２所示。试验可选择手动方式和自动方式，这２ 种工作方式互不影响。选择自动方式后，设置实验
参数，根据对试验参数的设置可利用同一试验台 完成多种型号变速器的试验。选择试验挡数后开
［编辑：王志全］
万方数据
汽车变速器试验台自动控制系统的开发
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
冯瑞， 赵秀栩， 罗元月， Feng Rui， Zhao Xiuxu， Luo Yuanyue 冯瑞,赵秀栩,Feng Rui,Zhao Xiuxu(武汉理工大学,机电工程学院,湖北,武汉,430070)， 罗 元月,Luo Yuanyue(广东省韶关宏大齿轮有限公司,广东,韶关,512028)
在试验过程中系统要监测被试变速器的温 度、加载油温度、油路是否堵塞、系统压力是否超 载。当监测数据出现异常时，系统通过声光报警来 提醒操作人员，并根据预先设置的措施自动处理 或者是自动停机、暂停实验。
３控制系统软件设计
３．１试验载荷平稳加载原理和实现
电液比例阀是将电流信号转换成与电流成比
例的力的元件，也就是说，每一个确定的电流，都
（３）
在等式两边同时除以时间ｔ，可得
Ｐ／ｔ—ａ１口２ｖ／ｔ
（４）
式中的Ｐ／ｔ为载荷增加速度“，Ｖ／ｔ为每秒钟
计算机需要输出的电压量。
令矿／ｔ一△Ｖ，有
“一口１口２△ｙ
（５）
△Ｖ—ｕ／０１以ｚ）
（６）
因“为已知量（按试验标准的要求设置），以。、
口。可按照下述方法确定：
口。＝Ｉ／ｕ，Ｉ为电磁比例溢流阀的额定电流，“
式中，Ｖ（ｎ）为第以次计算机输出的电压，且 有Ｖ（ｏ）一０。由于存在各种因素的影响，与实际 试验过程中所得的试验结果相比较，加载速率可 能存在一定的偏差，这时，可对最后的输出量 矿（咒）作适当的调整，直到完全满足要求为止。 ３．２控制系统软件功能
控制程序以Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００为软件 运行环境，采用微软公司的ＶＢ６．０为开发工具， 使用ＶＢ６．０自带的控件用于用户界面的开发，方 便对板卡和串口进行编程操作，大大缩短开发周
始试验，电机转动，油缸加载，当试验过程中出现 异常情况时，系统自动报警并停止试验。如果选定 挡位试验时间完毕就换到下一挡试验；如果所有
挡位都试验完毕则进入下一试验循环次数；如果 所有试验循环次数都已完成，则变速器疲劳寿命 试验结束；最后处理和存储数据，打印试验报
表Ⅲ。
万方数据
第２８卷第４期
冯瑞等：汽车变速器试验台自动控制系统的开发
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｅｓｔ ｂｅｄ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｂａｓｅｄ Ｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗ ２０００ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｔｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｔｅｓｔ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ ａ ｓａｍｅ ｔｅｓｔ－－ｂｅｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｓｔａｂｌｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏ——ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ａｌａｒｍ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｔｅｓｔ ｂｅｄ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ Ｆｅｎｇ Ｒｕｉ：Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ；Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷＵＴ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ．
器的试验，试验效率和精度高，并利用电液比例技术实现试验转矩的平稳加载，能实现试验过程的自动控制和
故障报警。实际运行结果表明，该系统确保了整个试验台的稳定运行，具有良好的安全性和稳定性。
关键词：汽车变速器；试验台；控制系统
中图法分类号：Ｕ４６７．５２３
文献标识码：Ａ
１引 言
变速器作为汽车传动系上重要总成之一，其 性能直接影响到汽车可靠性和动力特性，因此必 须进行疲劳寿命试验来测试和分析汽车变速器的 耐久性、使用寿命、传动效率等因素的影响，以及 验证变速器产品结构设计、制造工艺、材料、负荷、 转速以及润滑条件等参数的合理性，为产品设计 与质量评价提供可靠的科学依据，缩短产品的开 发周期和提高产品质量。目前，国内使用的大部分 汽车变速器疲劳寿命试验台自动化程度较低，人 机界面友好性欠佳，测试过程中主要依靠试验工 作人员的经验，测控精度不高。因此，笔者根据企 业实际需求开发了一套汽车变速器疲劳寿命试验 台自动控制系统。
术 2003(05) 2.隗金文;王慧 液压传动 2001 3.MiroSoft Corporation Basic 6.0中文版语言参考手册 1999
4.董学平;徐本连;王执铨 汽车传动系总成电封闭试验台的测控系统[期刊论文]-工业控制计算机 2004(06)
本文读者也读过(10条) 1. 蒋士奇.苏锡年.段明皞.JIANG Shi-qi.SU Xi-nian.DUAN Ming-hao 汽车变速器交检试验台液压与控制系统设计 [期刊论文]-液压与气动2007(10) 2. 谷曼 汽车变速器试验台加载技术的研究[期刊论文]-机械设计与制造2009(11) 3. 臧怀泉.邵彦山.刘微波 汽车变速器试验台监控系统设计[期刊论文]-工业控制计算机2008,21(10) 4. 邓杰.高月华.DENG Jie.GAO Yue-hua 汽车变速器机械性能综合试验台的研制[期刊论文]-装备制造技术2009(5) 5. 王苏卿.张冠伟.Wang Suqing.Zhang Guanwei 液力机械传动变速器总成检测试验台测控系统研发[期刊论文]-工 程机械2005,36(10) 6. 罗光涛.LUO Guangtao 汽车变速器综合性能测试分析系统探讨[期刊论文]-传动技术2008,22(2) 7. 范光华.Fan Guanghua 液力机械传动变速器测试台的开发实践与经验[期刊论文]-工程机械2005,36(10) 8. 吴志军 汽车变速器试验台控制系统的研究[学位论文]2006 9. 祝欣波 汽车变速器疲劳试验台控制系统的研究与开发[学位论文]2008 10. 肖顺利.石晓辉.李文礼.XIAO Shun-li.SHI Xiao-hui.LI Wen-li 变速器试验台自适应控制系统研究[期刊论文 ]-机械设计与制造2010(5)
参考文献：
图２软件程序框图
４结束语 笔者所开发的汽车变速器试验台的自动控制
Ｄ３夏际金，方铠，张广斌，昂勤树．汽车变速器综合 性能试验台的系统体系结构及控制软件的开发 ［Ｊ］．电子技术，２００３（５）：３６—３８．
［２３隗金文，王慧．液压传动［Ｍ］．沈阳：东北大学出 版社，２００１．
［３］ＭｉｒｏＳｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｂａｓｉｃ ６．０中文版语言参考 手册［Ｊ］．北京：北京希望电子出版社，１９９９．
２控制系统硬件设计
２．１控制系统硬件结构 汽车疲劳寿命试验台采用的是机械封闭式结
构，由主电机、主试汽车变速器、陪试箱、扭矩传感 器和加载装置组成一个闭合的机械传动系统。主 电机带动整个系统运动，采用变频器调速实现无 级变速，并增设辅助齿轮箱作为中间传动；加载装 置采用多叶片式摆动液压缸加载，具有加载扭矩 大，加载速度稳定等优点。加载装置提供疲劳寿命
试验所需载荷，模拟汽车变速器的工作环境及工 作条件。
汽车变速器疲劳寿命试验台控制系统由工业 控制计算机，温度传感器，压力传感器，扭矩转速 传感器及各种板卡组成，控制系统结构框图如图１
所示。面中叫吲燃管Ｈ力譬
工 业
控 ＲＳ２３２卜．—一扭矩转速仪传感器
制 计 算 机
图１控制系统结构框图
Ｄ／Ａ数据采集功能选取ＰＣ６３１９光电隔离模 人接口卡来实现，用于采集温度，压力，油路堵塞 等报警信号；开关量的控制选取ＰＣ６４０７光隔离开 关量输出接口卡来实现，将计算机发出的数字信 号转换成开关量，完成试验过程中的动作控制； Ｄ／Ａ模拟信号的输出功能选取ＰＣ６３２７高速光隔 模出卡实现，根据系统需要选择ｏ～１０ Ｖ电压输 出方式，配接放大器用于控制电磁比例溢流阀，实 现平稳加载及载荷稳定。扭矩转速传感器在试验
为ＰＣ６３２７卡的最大输出电压。
Ｐ＝旱Ｊ
（７）
＾１
式中，ｋｉ为比例电磁铁的比例常数，Ａ。为先 导阀的有效作用面积，由式（２）和式（７）可得
口口２：。＝了芋。＝筹不
㈣。巧，
因此，口。也就确定了。根据上述方法，最终确
定了变量△ｙ。 液压系统的恒速率加载，其控制表达式可为
ｙ（咒）一Ｖ（，ｚ一１）＋△ｙ
（９）
武汉理工大学学报（信息与管理工程版） JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(INFORMATION & MANAGEMENT ENGINEERING) 2006,28(4) 10次
参考文献(4条)
1.夏际金;方铠;张广斌;昂勤树 汽车变速器综合性能试验台的系统体系结构及控制软件的开发[期刊论文]-电子技
［４３董学平，徐本连，王执铨．汽车传动系总成电封闭试 验台的测控系统［Ｊ］．工业控制计算机，２００４（６）：６６
—６８．
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｅｓｔ Ｂｅｄ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
Ｆｅｎｇ Ｒｕｉ，Ｚｈａｏ Ｘｉｕｘｕ，Ｌｕｏ Ｙｕａｎｙｕｅ
对应一个确定的压力。在电液比例溢流阀与
ＰＣ６３２７卡之间接人放大器，使得ＰＣ６３２７卡输出
的电压信号转换成为电流信号，电磁比例溢流阀
将电流信号，转换成系统工作压力尸，系统工作
压力经过加载液压缸转换成为加载扭矩丁，并且
加载液压缸的输出扭矩与液压系统工作压力成线
性关系［２］。根据这个原理，从加载液压缸给变速器