基于LabVIEW的濕式雙離合自動(dòng)變速器功能測(cè)試系統(tǒng)

肖騰飛

（東風(fēng)格特拉克汽車變速器有限公司產(chǎn)品研發(fā)部，武漢 430056）

1 前言

隨著對(duì)雙離合變速器（DCT）研究的深入，對(duì)濕式雙離合變速器的試驗(yàn)驗(yàn)證提出了更高的要求[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)變速器功能測(cè)試系統(tǒng)能夠適應(yīng)一定類型變速器的測(cè)試，但是無法滿足不同類型變速器在極端試驗(yàn)條件下的功能測(cè)試，因此建立一套多功能、高效、穩(wěn)定并且滿足極端試驗(yàn)工況的變速器功能測(cè)試系統(tǒng)成為急需解決的問題[3]。為此，本文基于國(guó)內(nèi)ES50手動(dòng)變速器功能試驗(yàn)臺(tái)架，利用LabVIEW開發(fā)出能夠滿足當(dāng)今各型變速器功能試驗(yàn)的測(cè)試系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)ES50手動(dòng)變速器功能測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)模擬變速器在整車行駛中的自動(dòng)傾斜（左/右轉(zhuǎn)彎）和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)(上/下坡、加/減速)控制功能，但是該試驗(yàn)臺(tái)存在以下不足：

a.自動(dòng)化測(cè)試程度低，無法通過編制程序來滿足復(fù)雜測(cè)試工況下的試驗(yàn)，如濕式雙離合器驅(qū)動(dòng)泵CAP和冷卻泵CCP性能驗(yàn)證試驗(yàn)，以及濕式雙離合變速器的通氣塞功能試驗(yàn)等；

b.通用性不強(qiáng)，無法提供針對(duì)雙離合變速器自動(dòng)換擋的接口；

c.操作較復(fù)雜，不利于自動(dòng)化測(cè)試的需要；

d.系統(tǒng)擴(kuò)展差，無法滿足現(xiàn)階段對(duì)諸如溫度、壓力、振動(dòng)等信號(hào)的監(jiān)測(cè)要求。

針對(duì)以上不足，結(jié)合實(shí)際運(yùn)用，設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，選擇了目前主流的虛擬儀器測(cè)試工具，并結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）技術(shù)。

圖1 ES50手動(dòng)變速器測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于LabVIEW的測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。該測(cè)試系統(tǒng)采用了NI公司的PXIe-1078型測(cè)試平臺(tái)[4]，PXI是一種由NI公司發(fā)布的基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)，結(jié)合了PCI電氣總線特性，適用于試驗(yàn)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用場(chǎng)合。

圖2 基于LabVIEW的測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為保證測(cè)試系統(tǒng)對(duì)變速器信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與采集，并實(shí)時(shí)傳送到測(cè)試系統(tǒng)，在臺(tái)架執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝了c-RIO遠(yuǎn)程采集模塊。c-RIO模塊選擇MeasX公司的工業(yè)級(jí)專業(yè)遠(yuǎn)程采集模塊，支持RS232、RS485通信模式。該模塊有16路BNC連接接口，16路K型熱電偶接口和2路高速CAN接口，能夠滿足在實(shí)際使用中對(duì)溫度、壓力及振動(dòng)等信號(hào)的監(jiān)測(cè)要求。該模塊集成了信號(hào)采集、信號(hào)調(diào)理、AD轉(zhuǎn)換等功能，能夠直接將變速器監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)處理信號(hào)。并且該模塊通過以太網(wǎng)線與系統(tǒng)相連接，同時(shí)利用FPGA技術(shù)將系統(tǒng)主機(jī)與c-RIO設(shè)備結(jié)合起來構(gòu)建成異向架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)I/O設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)LabVIEW可編程化，LabVIEW系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖3所示。

圖3 LabVIEW系統(tǒng)硬件構(gòu)成

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

變速器功能測(cè)試系統(tǒng)的軟件利用NI公司推出的基于圖形化編程語言的開發(fā)工具LabVIEW，采用了面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍钸M(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。在該測(cè)試系統(tǒng)中，利用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種模塊化I/O及實(shí)時(shí)計(jì)算單元的監(jiān)測(cè)與控制，將圖形化程序框圖轉(zhuǎn)換為數(shù)字硬件電路[5-6]。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)采用模塊化的編程思路，根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能的不同可劃分為若干個(gè)子模塊，針對(duì)不同的變速器及不同的客戶可選擇相應(yīng)的測(cè)試功能。

該測(cè)試系統(tǒng)軟件分為5個(gè)子系統(tǒng)，分別為編制測(cè)試程序、配置I/O參數(shù)子系統(tǒng)、控制臺(tái)架子系統(tǒng)、安全子系統(tǒng)及問題記錄子系統(tǒng)，如圖4所示。在測(cè)試系統(tǒng)初始化后，可選擇MT、干式DCT及濕式DCT 3種參數(shù)配置模式進(jìn)行功能測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)軟件流程如圖5所示，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中預(yù)留了手動(dòng)操作模式，方便用戶進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試。

圖4 基于LabVIEW的測(cè)試系統(tǒng)軟件組成框圖

3 系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證

以某型在研濕式7速DCT為例，利用測(cè)試系統(tǒng)對(duì)該型變速器進(jìn)行離合器驅(qū)動(dòng)泵和冷卻泵性能測(cè)試，檢測(cè)該變速器在整車各種極端行駛條件下，其離合器驅(qū)動(dòng)泵是否具有穩(wěn)定的壓力和離合器冷卻泵是否具有穩(wěn)定的流量[7-8]。表1為在某溫度工況下該型變速器測(cè)試工況矩陣。表1中，“0”表示變速器在臺(tái)架上置于水平安裝位置，即在實(shí)際路況中既不轉(zhuǎn)彎也不上、下坡；“+”及“-”表示臺(tái)架傾斜或旋轉(zhuǎn)，即模擬變速器在整車實(shí)際運(yùn)行中的上、下坡（加、減速）和左、右轉(zhuǎn)彎工況，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果如圖6和圖7所示。

表1 某溫度工況下測(cè)試驗(yàn)證矩陣

圖6 測(cè)試系統(tǒng)模擬整車上、下坡（加、減速）行駛示意

由于試驗(yàn)中需監(jiān)測(cè)變速器油液在經(jīng)過離合器冷卻泵前后的壓力，因而在測(cè)試前通過c-RIO系統(tǒng)集成2個(gè)壓力傳感器與1個(gè)油溫傳感器。圖8和圖9為在某溫度及固定擋位工況下的運(yùn)行結(jié)果，圖8的結(jié)果反映了在特定溫度及模擬整車動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎行駛條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與拖拽扭矩對(duì)應(yīng)的關(guān)系；圖9則體現(xiàn)了在特定溫度及模擬整車動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎行駛條件下，變速器油液經(jīng)過濕式離合器冷卻泵前后壓力的對(duì)比關(guān)系，可反映出在該測(cè)試條件下是否存在空氣吸入離合器冷卻泵進(jìn)而導(dǎo)致濕式離合器無法有效冷卻的問題。

圖7 測(cè)試系統(tǒng)模擬整車轉(zhuǎn)彎行駛示意

圖8 低溫工況下測(cè)試系統(tǒng)模擬轉(zhuǎn)彎工況下扭矩轉(zhuǎn)速結(jié)果

該測(cè)試系統(tǒng)解決了原有測(cè)試系統(tǒng)不能動(dòng)態(tài)控制變速器的換擋、不能動(dòng)態(tài)調(diào)整變速器傾斜/旋轉(zhuǎn)角的問題，克服了原有測(cè)試系統(tǒng)無法有效監(jiān)測(cè)諸如壓力、溫度等信號(hào)的不足，進(jìn)而提高了測(cè)試效率。

圖9 系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速與離合器冷卻泵前后壓力曲線

4 結(jié)束語

本文構(gòu)建了一個(gè)基于LabVIEW的變速器功能測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)袷诫p離合變速器進(jìn)行功能設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試，同時(shí)由于該系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路及FP?GA技術(shù)對(duì)I/O接口實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有靈活性和可擴(kuò)展性。通過實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證表明，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，人機(jī)交互界面友好，自動(dòng)化程度較高，為汽車動(dòng)力總成臺(tái)架測(cè)試領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用起到了一定的借鑒作用。

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