用户名: 密码: 验证码:
同步器寿命性能测试系统的研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
一、引言
    在车辆运行时,为保证挂档平顺,操作简便,减轻驾驶员的劳动强度,一般均采用同步器进行工作。为测试一个同步器的性能与寿命等特性,需测试系统对其进行评价。
    本文开发了一种同步器性能寿命测试系统。该系统利用液压缸来驱动机械手运动,以便模拟人手的换档过程。同时采集各种传感器发来的信号,对其分析处理后,来检测被试验同步器的性能与可靠性。本系统是典型的机电液一体化系统。
    根据试验要求,系统所测量的参数包括换档力及选档力、换档行程及选档行程、同步扭矩、同步转速、同步时间、润滑油温度、同步器寿命及性能测量等。
    二、系统总体构成
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    整个系统包括试验台、被测同步器变速箱总成、调速电机、液压驱动系统、液压站、温控箱、机械手、传感器、电控柜、微机等部件。图1为系统的结构框图。
    三、系统的控制原理
    机械系统工作原理:该系统分为手动和自动操作两种工作方式。在测量同步器性能参数时一般采用手动方式;在进行同步器可靠性试验时一般采用自动方式。此时采用具有位置控制功能的机械手来模拟人手换档过程。机械手功能的实现采用一个滑动副与一个万向节联合实现,滑动副由在一套筒内嵌入的直线轴承和滑杆构成。
    液压系统工作原理:通过伺服系统控制。这里采用位置闭环控制,即由微机给定一个电压值,经D/A变换、伺服放大后,控制液压缸运动,同时不断与位移传感器测到的电压值相比较,若不等则有电压输出,该电压经调制、放大解调后驱动液压缸。
    该测试系统工作过程如下:试验开始,直流电机依据设定工况中指定的转速,由液压缸驱动机械手完成换档或选档的操作,同时记录试验的次数,以及各传感器采集的信号并以曲线和数字的形式输出。当完成所有工况中设定的循环次数后,电机停转,机械手复位,试验结束。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    整个系统的原理框图如上图2所示。
    
    四、系统的应用程序
    系统测控软件采用C++ Builder语言模块化的结构开发。微机对试验台的信号采集与控制要求有直接对I/O操作的函数,而C++ Builder 6.0不支持对I/O口的直接操作,因此这里使用Windriver来编写板卡的驱动。
    机械手运动控制程序模块。机械手的功能使得操作杆可以在任意档位间进行切换,这里控制程序的流程图如图3。设定总工况数为Tn,每个工况为Ti,每个工况执行的次数为M,当前工况已经执行的次数为m。
    为了使机械手运动类似人手,整个液压系统的控制是机械手功能实现的关键。其控制方式实际上分为二层,第一层为伺服系统本身的模拟PID控制,通过改变其输入电压的大小就可以调节系统的压力,通过调节阀来改变其溢流量,从而改变系统的工作压力。第二层则为微机的数字PID控制,通过改变PID参数设置来控制系统的运动速度。
    系统通信模块。系统中一方面通过RS-485协议来实现对变频器的控制,另一方面声级计采集的噪声信号通过RS-232协议传入到主机中。这里采用在C++ Builder 6.0中安装ActiveX控件MSComm32来实现这一功能。
    数据设定与存储模块。在机械手运动位置的标定,工况设定以及数据的存储等功能的实现中都需要调用数据库。这里使用Access数据库进行数据录入。程序实行的第一步就是对将要执行的各个工况进行设定。这里将设定的工况先存储到Access数据库中,待程序执行时,从数据库中读取工况。并在机械手
    
    
    的控制中依据数据库中的标定值进行动作。采集到的数据被存储到数据库中,以备今后进行数据分析。
    数据的采集及图形显示模块。系统采集到的模拟量以及数字量在主机上被转换成标准量并实时地以数字和图形的方式显示出来。
    各种报警功能实现模块。该模块来完成各种报警功能,包括换档力超限,输入轴转速超限,液压站工作油温超限,变速箱油温上下限,噪声超限等参数报警的设定。系统工作时任意参数超限则液压伺服系统及电机便自动停机,以保护系统。
    系统的抗干扰处理。由于现场的工作电压状况不好,条件恶劣,以及大量的试验设备同时工作引起互相间的信号干扰,导致采集传感器信号不好,因此对转速等干扰敏感的信号从硬件和软件上加以处理。对传感器采集的信号变换时在硬件上加入滤波电路;软件上采用三次滤波的算法进行处理。对通讯信号线采用屏蔽双绞线,并且采用多次发送操作命令等方法避免发送出现误码。
    五、试验结果
    通过试验采集到同步器的性能与可靠性试验数据。当同步环与主动齿轮接触时即为同步时间开始,随着换挡位移的增加,从动齿轮的转速随之变化,而换挡力则由于同步环作用逐渐的增加,当达到一个最大的操作力后便逐渐下降,最后当同步时间结束,即换挡过程完成,此时换挡力减小到零。通过试验曲线可得出同步期内的最大力值,并以此为依据得出该变速箱的最大操作力与同步时间的关系曲线,对同步器的性能与可靠性进行评估。试验证明采集到的数据达到预期要求。目前,该项目已经通过验收,并且在一汽集团技术中心的底盘试验车间投入实际运行使用。
一、Introduction
    If the auto has a synchronizer, it will ride smoothly, handle easily and decrease the driver’s exhaustion. In order to testing the synchronizer’s capability and the life span, we should have a testing system.
    This task had developed the testing system that testing the synchronizer’s capability and the life span. The system is driven the manipulator with the hydraulic pressure for simulate the process of changing shaft. And it collect signals from all kinds of sensors, how to analyze them for evaluate the ability and reliability of the testing synchronizer. This system is a typical example that simulate the robot with the machine、electrons and hydraulic pressure.
    According to the demand, this system should test some parameters including the force for choose shaft、the shaft’s locomotive route、the synchronizer’s torsion、the synchronizer’s rotational speed、the lubricant temperature、the synchronizer’s life-span and the capability etc.
    二、The structure of the system
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    This system is included the testing machine、the synchronizer、the changeable
    
    
    electromotor、the system that driving the hydraulic pressure、the force pump、the box for controlling temperature、the manipulator、some sensors、the converter and the industrial computer etc.
    三、The controlling principle of the system
    The controlling principle of the mechanism: this system is included the manual form and the automatic form. When testing the parameters for the synchronizer’s capability, it usually uses the manual form. When testing the parameters for the synchronizer’s life span, it usually uses the automatic form. At the same time, the manipulator that having the location controlling capability is simulated the people’s hand.
    The controlling principle of the hydraulic pressure: this system uses the servo-system. When the microcomputer is send out a voltage, this voltage is transformed electricity through D/A transducer and driver the manipulator with the hydraulic pressure.
    The process of testing system is included some steps. At first, the electromotor rotated according to the demand. Secondly, the hydraulic pressure is driven the manipulator to change shaft. Meanwhile, the microcomputer record the experiment’s number and the signal that the sensors sending out. The signal is exported through the chart form or the digital form. When finishing all demanding circulation, electromotor will stop, the manipulator regain original location and the test is finish.
    四、The hardware of the system
    The system use C++ Builder as the computer language and the program is consisted of some units. The system require some functions which can control the signal directly, but C++ Builder hasn’t this function, there use the Windriver to compile the driver’s program.
    The hardware has a unit for controlling the manipulator’s change. The manipulator make the shaft can move randomly. From the flow chart, we can easily see it.
    
    For making the manipulator resemble the people’s hands, the controlling part of the hydraulic pressure is of great importance to the program. This part consists of two steps. One is an analog’s PID of the hydraulic pressure. From changing the voltage, the hydraulic pressure is changed so adjusting the whole system’s press. The other is a digital PID of the computer. From changing the PID’S parameter, the computer can control the manipulator’s speed.
    The hardware has a unit for the system’s communication. This system is required RS-485’s protocol which is controlled the converter and RS-232’s protocol which control the noise processor. This function is achieved by the MSCOMM32 of the Activex.
    The hardware has a unit for the digital initialization and record. The system require a database that administration the manipulator situation, the parameter and the collection data. We use the ACCESS database to fulfill this function. First, the executive parameter initializations and is recorded to the ACCESS database. Then, the system executive the program and the data are
引文
[1] 张建民:机电一体化系统设计(第二版),北京:北京高等教育出版社,2001年8月
    [2] 胡泓、姚伯威等:机电一体化原理及应用,北京:北京国防工业出版社,1996年6月
    [3] [日]高森 年编著,赵文珍译:机电一体化,北京:北京科学出版社,2001年1月
    [4] 李华:MCS-51 系列单片机实用接口技术,北京:北京航空航天大学出版社,1993年8月
    [5] 周明德等:微型计算机系统原理及应用(第三版),北京:清华大学出版社,1998年
    [6] 刘乐善等:微型计算机接口技术及应用,武汉:华中理工大学出版社,2000年4月
    [7] 潘新民等:单片微型计算机实用系统设计,北京:人民邮电出版社,1990年12月
    [8] 陈家瑞主编:汽车构造(下册),北京:北京机械工业出版社,2000年10月
    [9] A.N .格里什凯维奇等主编,陈睿华、马成泰译:汽车试验,辽宁:辽宁科学技术出版社,1996年12月
    [10] 清华大学汽车工程系本书编写组:汽车构造,北京:北京人民邮电出版社,2000年3月
    [11] 任保才等:机械测试与信号处理,徐州:徐州中国矿业大学出版社,2001年
    [12] 范云霄、刘桦等:测试技术与信号处理,北京:中国计量出版社,2002年2月
    [13] 张宝芬、张毅等:自动检测技术及仪表控制系统,北京:北京化工工业出版社,2000年11月
    [14] 刘惠彬、刘玉刚:测试技术,北京:北京航空航天大学出版社,1989年
    
    [15] [美] Mark Fewster & Dorothy Graham 著,舒智勇、包晓露等译:软件测试自动化技术与实例详解,北京:电子出版社,1999年12月
    [16] 姜继海、宋锦春等:液压与气压传动,北京:高等教育出版社,2002年1月
    [17] 张伦、冯新强等:传感器与信号调理器件应用技术,北京:科学出版社,2002年
    [18] 侯国章等:测试与传感技术,哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000年12月
    [19] 余瑞芬等:传感器原理(第二版),北京:北京航空航天大学出版社,1995 年
    [20] 樊大钢、刘广玉:新型弹性敏感元件设计,北京:国防工业出版社,1995年
    [21] 张建民:传感器与检测技术,北京:机械工业出版社,2000年
    [22] 曲波等:工业常用传感器选型指南,北京:清华大学出版社,2002年
    [23] 贝季瑞:现代机械设备设计手册,北京:机械工业出版社,1996年
    [24] 余昌盛:C++ Builder 6 数据库系统开发实例导航,北京:人民邮电出版社,2003年
    [25] 范逸之、江文贤、陈立元:C++ Builder与 RS-232 串行通信控制,北京:清华大学出版社,2002年
    [26] 胡波、张昆:C++ Builder 6 编程实例教程,北京:北京希望电子出版社,2002年
    [27] 刘炳文:Visual Basic ActiveX程序设计,北京:清华大学出版社,2002年
    [28] 詹启贤等:自动机械设计,北京:中国轻工业出版社,1987年
    [29] 华容茂等:电路与模拟电子技术,北京:中国电力出版社,2002年
    [30] 林国荣等:电磁干扰及控制,北京:电子出版社,2003年
    [31] 樊尚春等:信号与测试技术,北京:北京航空航天大学出版社,2002年3月
    [32] 胡绪英、李梓、郑传生:ACCESS 2002 数据库技术及应用,北京:科学出版社,2003年
    [33] 李禹生、向云柱:数据库应用技术—ACCESS及其应用系统开发,北京:
    
    
    中国水利水电出版社,2002年
    [34] 陈灿烂:C++ Builder 6 彻底研究,北京:中国铁道出版社,2002年11月
    [35] 刘光:C++ Builder 数据库系统设计与开发,北京:清华大学出版社,2003年
    [37] 黎启柏:电液比控制与数字控制系统,北京:机械工业出版社,1997年
    [38] 何存兴:液压元件,北京:机械工业出版社,1988年
    [39] 左健民等:液压与气压传动,北京:机械工业出版社,2001年
    [40] 王春行:液压伺服控制系统,北京:机械工业出版社,1981年
    [41] Hao Ying. Theory and Application of a novel fuzzy PID Controller using a simplified Takagi-Sugeno rule scheme. Information Sciences, 123 (3-4): 281~293, 2000
    [42] Carvajal James, Chen Guanrong, Ugmen Haluk. Fuzzy PID Controller Design, performance evaluation, and stability analysis. Information Sciences, 123(3-4):249~270, 2000
    [43] Ernesst. Doebelin. Measurement Systems Application and Design (Third Edition ). McGraw-Hill Book. Company, 1983
    [44] A. V. Oppenheim, A. S. Willsky with S. H. Nawab. Signal and Systems (Second Edition). Prentic Hall, 1999
    [45] Luo, R.C. Sensor Technologies and microsensor issues for mechatronics systems (Invited Paper) [J] IEEE/ASME Trams. On Mechatronics, 1996 1(1):39~49
    [46] Kirtland. Designing Component-Based Applications. Washington: Microsoft Press,1998
    [47] Borland C++ Builder 6.0 Developer’s Guide. Borland Software CorporationMikey William. Programming Microsoft Windows 2000. Washington: Microsoft Press, 2000
    [48] Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie. The C Programming Language (Second Edition). N. J., U.S.A. : Prentice Hall,1990
    [49] ISO/IEC 9899:1990 (E) International Standard Programming Languages (First Edition), 1990.12
    
    [50] M. N. Horenstein. Microelectronic Circuits and Devices (Second Edition). New Jersey: Prentice-Hall International, INC., 1996
    [51] M. S. Roden and G. L. Carpenter. Electronic Design: from Concept to Reality (Third Edition). New York: John Wiley & Sons, INC., 1993
    [52] S. A. Garrod, R. J. Borns. Digital Logic: Analysis, Applications & Design. Philadelphia : Holt Rinehart and Winstion, INC., 1991
    [53] R. H. Kati. Contemporary Logic Design Redwood City, California : The Benjamin/ Cummings Publishing Company, INC., 1994
    [54] A.S. Sedra and K.C. Smith. Microelectronic Circuits(Forth Edition). Oxford University Press, INC., 1998
    [55]W. Kleitz. Digital Electronics, A Practical Approach. Prentice-Hall International, INC., 1996
    [56] D. E. Johnson and J. L. Hilbarn. Rapid Practical Designs of Active Filters. New York: John Willy & Sons, INC., 1975
    [57] M. S. Ghausi. Electronic Circuits: Devices, Models, Functions, Analysis and Design. D. Van Nostrand Reinhold Company, 1971
    [58] French, M. J. Conceptual Design for Engineers (Third Edition). London: The Design Concil, 1999
    [59] Pahl G, Beitzw. Engineering Design. London: The Design Concil. 1984
    [60] Leonid Reznik, Omar Ghanayem, Anna Bourmistrow. PID plus fuzzy Controller Structures as a Design Base for Industrial Applications, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 13(4): 419~430, 2000
    [61] T. P. Blanchett, G. C. Kenber, K. Dubay. PID Jain Scheduling using fuzzy Logic. ISA Transactions, 39 (3): 317~325, 2000

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700