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1、汽车传动系冲击性能实验台控制系统设计摘要汽车传动系作为汽车动力传动系统中的关键部件，主要由发动机、离合器、变速器、传动轴和驱动桥组成。为确保汽车的安全行驶，必须对汽车传动系零部件的冲击性能指标进行全面检测。汽车传动系冲击性能实验台的意义，在于全面、准确地测试传动系总成零件的耐冲击性及其相关特性，为驾驶员安全提供保障，为生产厂家提高产品质量。实验中首先对汽车传动系的载荷进行分析，确定影响汽车传动系扭转冲击载荷的主要因素，结合突然接合离合器起步和不分离离合器紧急制动两个典型工况分析传动系冲击载荷情况。通过对实验台模拟的典型工况及传动系的结构分析，确定实验台机械结构，并设计实验台控制系统。实验台的控
2、制与监测系统采用PC+数据采集卡+PLC联合控制方式。PC作为上位机，PLC作为下位机，实现了系统的动作控制、监控和数据处理。通过分析实验台控制系统的各组成环节，建立了控制系统的数学模型并进行了性能分析。将模糊控制与PID控制结合起来，提出了一种基于模糊参数自整定PID控制算法。仿真分析表明，设计的方法相对于传统PID法响应速度快，稳态精度和跟随精度高，有较好的鲁棒性。基于LabVIEW技术，设计了双闭环汽车传动系冲击性能检测系统，实现了系统的数据采集、数据处理、数据库管理等功能。实验结果表明，控制与检测系统的各项性能指标达到了设计要求。关键词：传动系；冲击性能实验台；控制系统；PID控制；L
3、abVIEWAbstractAutomobilepowertrainistheimportantcomponentofautomobiledynamictransmissionautomobilepower-transmissionsystem，includingengine、clutch、transmission、transmissionshaftanddriveaxle.Inordertoensurethesecurityofautomobiledriving,itisimportanttotesttheimpactingdurabilityperformanceindexofautomo
4、bilepowertraincomponents.Theautomobilepowertrainimpactingperformancetestrigdurabilitytestrigisthetestequipmenttotestpowertrainperformance,whichcancomprehensivelyandexactlytesttheimpactingperformanceandrelativecharacteristicofpowertraincomponents，whichprovidesecurityforthedriverandimproveproductquali
5、tyformanufacturers.Inordertostimulaterealrunningconditionsofautomobilepowertrain,Firstlytheloadcharacteristicofautopowertrainisanalyzed.Confirmingmajorfactorseffectedimpactingtorqueofautomobilepowertrainarerunningconditionsofsuddenjointingclutchstartandnoseparatingclutchemergencybrake.Throughthetest
6、-bedtosimulatetheworkingconditionsandtheofpowertrainstructureanalysis,todeterminethemechanicalstructureoftheprinciple,andtestcontrolsystemcomponentsrequiredtocontrolworkpiece.Thecontrollingandtestingsystemcontrolthetestrigbypersonalcomputerallyingwithdatacollectionboardandprogramlogicalcontroller.PC
7、isashostcomputer,andPLCisasslavesystem.Ithasachievedtheactioncontrolling,monitoringanddatadealing.Throughanalyzingallpartsoftestrigcontrollingsystem,mathematicalmodelsofcontrollingsystemarebuilt.BasedonPIDcontrollingcantsatisfytherequestofcontrolling,inordertoadapttestriginertiaqualitysystemandteste
8、nvironmentchanges,anewalgorithmbasedonaparameterself-adjustingfuzzyPIDisprovided.Theresultsofsimulatingareprovedthatthenewalgorithmhasquicklyspeedresponse,highsteady-stateaccuracyandhightrackaccuracytotraditionalPIDmethod.Ithasgoodrobusttomodelparameterchanging.Thesoftwareofthesystemoftestrigisbuilt
9、onthebaseofLabVIEW.Thedataiscollectedandanalyzedbythesoftware.Itfinishedthedatacollectinganddealing.Andtheman-machinewasbuilt.Theresultisprovedthattheperformanceindexofcontrollingsystemachievestotestrigdesigningdemand.Keyword:Powertrain；Impactpropertiestestrig；ControlSystem；PIDcontrol；LabVIEW目录摘要IAb
10、stractII1绪论11.1开发汽车传动系冲击性能实验台的重要意义11.2国内外汽车传动系冲击性能实验台的开发现状及技术水平11.2.1国内的研究现状21.2.2国外的研究现状21.3本论文的主要设计内容21.4技术指标22汽车传动系冲击性能实验台的工作原理及总体设计42.1实验台基本结构原理42.2实验台的总体设计42.2.1设计过程中需要解决的问题42.2.2实验台机械结构部分整体设计42.2.3实验台控制系统部分的整体设计53实验台机械结构部分的设计63.1实验台实验过程63.2实验台机械部分使用要求63.3实验台机械结构部分的设计63.3.1实验台机械结构部分方案确定及组成73.3.
11、2动力部分73.3.3惯性飞轮组部分93.3.4扭矩传感器部分113.3.5联轴器部分113.3.6驱动桥支撑和调整结构114汽车传动系冲击性能实验台控制系统设计134.1实验台过程分析134.2实验台控制系统的机构及其功能134.3实验台在两种工况下的控制系统过程分析144.3.1突然接合离合器工况的控制过程分析144.3.2紧急制动工况下控制过程分析154.4可编程控制的概述154.4.1可编程控制器的产生与发展154.4.2可编程控制器的定义174.4.3可编程控制器的特点174.4.4可编程控制器的应用184.4.5可编程控制器的组成184.5实验台控制系统主要硬件的选取204.5.1
12、直流调速系统的选择204.5.2PLC选取及其开关量控制204.5.3工业控制计算（PC）的选择214.5.4数据采集卡214.5.5传感器224.5.6系统软件225实验台测控系统建模及性能分析245.1实验台控制系统建模245.1.1直流电动机与惯性飞轮组系统245.1.2可控硅整流装置285.1.3速度控制器和电流控制器建模295.1.4电流、转速PID双闭环控制系统的动态性能指标分析345.2电流控制器、转速控制器系统在Simulink环境下性能仿真分析366系统软件设计及实验验证406.1LabVIEW简介406.2软件开发体系与结构406.3操作系统的人机界面456.4实验结果47
13、结论49致谢50参考文献511绪论传动系作为汽车的动力系统中的一个关键部件，将电动机发出的动力传递给车轮，从而使汽车启动行驶。在驱动的过程中，高速旋转的发动机突然接合离合器起步及突发的紧急制动等工况，都会对传动系产生很大的冲击扭矩，对其中部件产生巨大影响。另一方面，现代汽车技术的成熟带动传动系的结构变得日益复杂，对传动系的冲击性能也有了越来越高的要求。所以，研发出高精度、自动化程度高的汽车传动系冲击性能实验台具有广阔的应用前景。1.1开发汽车传动系冲击性能实验台的重要意义汽车传动系是将发动机所发出的动力传递到驱动车轮的装置。传动系具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能，与发动
14、机配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。但在实际应用中因为传动系质量不过关而导致的故障时有发生，比如半轴、驱动桥断裂等。这就为汽车的安全行驶带来了很多隐患，而汽车传动系冲击性能实验台就可对这些易于发生损坏的零部件进行检测，并研究其可靠性。开发汽车传动系冲击性能实验台，可以在室内专门进行汽车传动系冲击性能的实验，通过实验分析考察大的冲击扭矩对传动系零部件疲劳破坏的“贡献”，并可以与传动系常规寿命实验相结合，全面地分析汽车传动系上的扭转载荷1。汽车传动系冲击性能实验属于强化实验2。在新产品开发过程中，它可以快速发现传动系的薄弱环节，暴露传动系的早期失效，将实验
15、信息及时地反馈给设计等有关部门，及时更改，减少开发风险，缩短开发周期。根据国外的使用经验，汽车传动系冲击性能实验的时间要比普通寿命实验短得多。通过室内实验台实验，可以对同一型号的不同供应商的传动系、总成或零部件等的冲击性能进行对比，快速地得出实验结果，便于企业做出生产决策。在国内冲击性能实验台的使用也越来越多，但对此项目研究还处于发展阶段，技术水平与国外还有很大的差距。而国外对于我国技术转让存在壁垒，且国外的实验台价格十分昂贵2，所以就急需我们研究出具有自主产权的高水平实验台。1.2国内外汽车传动系冲击性能实验台的开发现状及技术水平随着科技的日益发展，世界经济的全球化，制造业的竞争也越来越激烈
16、。制造业的发展水平也是一个国家工业现代化和国家经济实力的标杆，而汽车行业又最能体现制造业发展水平。因此汽车行业的发展对于国家经济实力提升有很大的作用。而汽车传动系冲击性能实验台式对汽车性能检测中的一个重要组成部分，在国内外许多企业、科研机构、大专院校都对此展开了深入的研究。1.2.1国内的研究现状我国的汽车行业起步比较晚，而且初期发展缓慢，在改革开放之后才进入飞快的发展阶段，大小的汽车企业出现了许多，但真正具有核心自主知识产权的技术很少，随着国内汽车行业的发展，国内汽车检测技术也有了很大的发展，在传动系零部件检测方面，国内许多大学和企业也相继研制出了一些列离合器测试机，技术领先的单位主要由：重庆大学，东南
