基于PLC和計算機的汽車同步器測試系統

摘要：同步器是汽車變速箱的核心部件，其性能對汽車變速箱以及汽車性能的提高有著重要意義。為了評價汽車變速器中同步器的性能與壽命，相應設計了基于PLC和計算機共同控制的測試系統；計算機主要完成人機界面交互任務以及相關數據的分析與存儲，PLC根據計算機命令實現數據實時采集和對整個系統的實時控制；測試系統能夠進行三類長時間、高重復性的主要測試，運行穩定可靠。本文主要介紹了測試系統的組成結構、系統設計、PLC在測試系統中的應用和控制程序設計。

關鍵詞：同步器測試；PIC；系統設計；程序設計

在汽車的傳動系統中，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，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中多路傳感器信號，并對采集數據進行后期分析處理，并發出相應指令。

1 測試系統組成

汽車同步器測試系統的主要部件有：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、循環潤滑系統、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：連續測試、慣性測試和擠壓測試，連續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，其中連續測試流程如圖2所示。

2 測試系統設計

整個測試系統的核心是測控部分，首先要求實時監控系統的運行狀況，以確保系統運行的安全可靠；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，其測控系統原理框圖如圖3所示。

測控系統由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進行監控，向PLC發送指令及數據，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、可靠性高等優點，能很好地滿足測試系統控制的要求，所以采用PLC來采集現場信號和輸出控制信號；負責直接控制與監控現場設備，包括換擋機械手的運動控制、電機速度的調節、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，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，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。