汽车离合器综合性能试验台设计.pdf

2008年12月
农业机械学报
第39卷第12期
汽车离合器综合性能试验台设计
张邦成方勇王占礼邵春平吴亚军
掎要』设计了汽车离合器综合性能试验台的机械系统及测控系统。通过改变惯量盘及磁粉制动器制动力
矩,可模拟不同车型离合器的实际使用工况,实现了单一设备对多种规格(9160~⊙330mm)离合器的检测。试验
台采用工控机作为上位机,PLC作为下位机,以 LABVIEW为软件开发平台设计了检测与控制系统。采用模糊PID
控制算法,降低了干扰和参数变化对系统的影响,从而增强了控制系统的鲁棒性。经验证,试验台检测精度和检测
准确率得到了很大提高,且检测效率提高了近10倍。
关词:汽车离合器试验台工控机 PLC LABVIEW
中阳分类号:U467.5123;U463.211
文献标识码:A
步进电动机的方向与脉冲信号来调节离合器的接
合、分离速度及位移;惯量盘用于模拟汽车的惯性,
汽车离合器用来实现或切断对传动系的动力传磁粉制动器用于模拟道路的阻力矩且在停机时提供
递山。离合器性能在保证汽车传动系的负载能力、制动力矩,可通过改变惯量盘和道路阻力矩来模拟
汽车的寿命,增强起步和换挡的平稳性以及减轻驾不同离合器的使用工况;通过更换花键轴组件可对
驶员的劳动强度等方面都有着重要的作用。为了保不同规格的离合器进行综合性能检测。
证汽车行车的安全性,必须在与实际工况相近的条
56789
111213
件下,采用台架试验检测汽车离合器的综合性能指
标,以确保离合器产品质量。国外汽车离合器性能
检测设备及方法已相当成熟,国内部分离合器性能
检测设备虽然实现了自动化,但检测精度较低。
图1试验台主机结构简图
本文所叙汽车离合器综合性能试验台的机械系
1.直流电动机2.减速器3.电动滑台及驱动机构4.集流环
统及基于工控机(IPC)与PLC的测控系统,采用直及转速传感器5.柱式測力传感器6.温度传感器7.被试离
流电动机作为驱动机构,并结合PWM调速技术和合器8.离合器操纵机构9.分离套筒10扭矩转速传感器
模糊PD控制算法实现双闭环控制。
11.惯量盘12.试验台基及附件13.磁粉制动器
1试验台的主机结构与工作原理
1.2工作原理
根据国家汽车行业标准《QC/27-2004汽车
1,1主机结构
干摩擦式离合器总成台架试验方法》,本试验台能在
试验台由主机、控制系统、检测系统组成。主机模拟汽车离合器实际工况下,实时测量、显示和记录
是对离合器综合性能进行检测的基础,控制和检测离合器接合过程中的摩擦力矩、主动及从动部分的
系统分别完成试验动作的控制与性能检测。试验台转速、摩擦表面温度、道路阻力矩和工作压紧力,并
主机结构简图如图1所示,其中直流电动机和减速计算出各种规定条件下的摩擦因数和磨损量。
器作为驱动装置,被试离合器的压盘总成(主动部
试验台采用扭矩转速传感器测量传递的摩擦力
分)与其紧密相连一起旋转;利用步进电动机控制离矩和从动部分转速,采用集流环测量在离合器压盘
合器操狄机构实现离合器的接合与分离,通过改变表面中径处埋装热电阻所感应的摩擦表面温度、在
收稿日期:2008-01-18
吉林省重点科技发展基金资助项目(项目编号:20050325)
张邦成长春工业大学机电工程学院副教授博士生(吉林大学),130012长春市
方勇长春工业大学机电工程学院硕士生
王占礼札长春工业大学机电工程学院教授
邵春平长春中联试验仪器有限公司高级工程师,130023长春市
吴亚军中国第一汽车集团公司技术中心高级工程师,130011长春市
性的“失明”为好杭州汽车出租
最近?上惊爆的加长车”事件,就值得啓醒:为了长面子,很
多人喜欢租借加长版的凯迪拉克或林肯,孰不知很多婚庆公司提供的加
长车都是自己拼接而成的,安全成极大隐患。
另外,木田雅阁也不是婚车的理想选择,曾经轰动一时的“婚
礼门”事件,恐怕还是能让很多人记忆犹新:因为在碰撞中完全没能对
驾驶利乘坐人员起到保护作用,车身尽毁,一场不不致命的交通事故却
让炳位新人撒手人间。
第12期
张邦成等:汽车离合器综合性能试验台设计
飞轮工装下部安装的测力传感器所感应的离合器工以克服数据采集卡在过程控制中的不足,并且具有
作压紧力和主动轴转速;通过离合器操纵机构控制较高的性价比。因此,试验台测控系统采用研华工
离合器的分离、接合运动,通过惯量盘和磁粉制动器控机作为上位机,西门子S7-200型PLC作为下位
模拟离合器在实际使用工况下的载荷状况。
机,上、下位机通过串口进行通信,实现对系统的动
载荷相当于汽车满载,在8%坡路上,用常用起作控制、现场监控与数据处理]。检测与控制系统
步挡起步时的当量惯量和道路阻力矩。当量惯量为的原理如图2所示。
WR
(1)
工业控制机(主CPU、软件程序)
式中J汽车k挡的当量惯量,kg·m3
PLC
光电检测」数据采集
W一汽车总质量,kg
直流电动机磁粉制动器步进电动机温测从转主
Rァ一车轮滚动半径,m
张动器」し调流装置」し駅动器
传传轴传‖轴
i0一驱动桥减速比
感转感转
直流电动机磁粉制动器步进电动】科器
i一变速器k挡速比
减速器
离合器操纵
起步挡位按下述原则确定:半挂车或主车带拖
机构
挂:1挡;单车:4挡或4挡以上变速器用2挡;单车
图2检测与控制系统原理框图
3挡或3挡以下变速器用1挡;重型车:根据具体情
工控机是信息处理的中心,用于提供良好的人
况而定。
机界面,输入和存贮被试汽车离合器的信息,编写、
道路阻力矩为
存储和运行试验程序。PLC的主要功能是对试验
WRUSR
(2)台进行控制。试验台选用了应变式测力传感器、旋
转式转矩转速传感器、热电偶温度传感器分别对压
其中= cosa+ fina
紧力、力矩、从动轴转速、温度进行测量,并通过N
式中Mrーー作用于离合器输出轴上的道路阻力公司的PCI-6024E型数据采集卡对传感器信号进
矩,N
行实时采集。试验台采用了湘仪动力公司的J85-5
-一道路阻力系数
型集流环来传递旋转部件的温度和压紧力信号,集
fっ一滚动阻力系数,微型车、轻型车及轿车流环内附有测速机构,用来测量主动轴转速。系统
f为0.2015,重型车f为0.202
采用了卡尔曼滤波方法消除工作现场的干扰。
a-一坡路角度,tana=0.08
试验台的驱动机构采用PWM直流调速系统,
由公式计算出的当量惯量即为试验时惯量盘配与晶闻管一电动机调速系统(V-M系统)相比,
置的惯量,计算出的道路阻力矩由磁粉制动器在试PWM系统具有开关频率高、电流容易连续、稳速精
验时预加。
度高、调速范围宽等优点4。其中PWM脉冲信号
试验台测控系统设计
由西门子S7-200型PLC的脉冲输出端口产生,
IGBT驱动器采用瑞士 CONCEPT公司的
2.1更件系统设计
2SD315AI驱动器,该驱动器具有驱动功率大、安
目前,用于汽车零部件试验设备的控制器主要全、可靠的特点。为了提高直流电机的响应速度,有
有单片