汽車離合器試驗(yàn)臺扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

張興源，李玉煌

(1.重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2.重慶理工大學(xué)，重慶 400054)

前言

汽車離合器是汽車的重要組成部分，是控制汽車的啟動、停止、變速和換向等功能的核心零件。為了對汽車離合器的工作可靠性和使用壽命進(jìn)行了解和分析，因此衍生出了汽車干摩擦式離合器綜合性能試驗(yàn)臺。該試驗(yàn)臺架能夠模擬汽車在起步工況下，測量和記錄離合器接合過程中的摩擦力矩，主、從動部分轉(zhuǎn)速以及摩擦表面溫度隨時(shí)間的變化等一系列關(guān)鍵參數(shù)。試驗(yàn)設(shè)備及測量記錄裝置原理簡圖如圖1所示。

圖1 離合器試驗(yàn)臺原理簡圖

為了分析機(jī)械設(shè)備所傳遞的摩擦力矩和主、從動部分的轉(zhuǎn)速，開發(fā)設(shè)計(jì)了扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本文對該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要闡述。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成

信號檢測的基本任務(wù)是獲取有用的信息，是人類認(rèn)識客觀世界的手段。在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，涉及到根據(jù)檢測對象選擇合適的傳感器、信號調(diào)理、采樣、信號處理及檢測系統(tǒng)等諸多因素。通常情況下一個(gè)完整的信號測試系統(tǒng)一般由四部分構(gòu)成——原始信號、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)。如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成

由于現(xiàn)實(shí)生活中大多數(shù)的原始信號不能直接測量，所以，我們需要利用傳感器將這部分原始信號轉(zhuǎn)換為數(shù)采設(shè)備能夠讀取的電壓或電流信號。而且，之所以需要利用信號調(diào)理設(shè)備對部分電信號進(jìn)行放大、濾波、隔離等處理措施，是因?yàn)槟承┹斎氲碾娦盘柌槐阌谥苯訙y量，進(jìn)而影響測量精度。

2 試驗(yàn)臺傳感器選擇

圖3 GIF F1is-3848扭矩傳感器

F1is 系列扭矩傳感器包含一個(gè)由極低滯后性鋼材料制作的測理單體。測量段的扭轉(zhuǎn)通過應(yīng)變片感知,轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后以非接觸的方式通過調(diào)制紅外線發(fā)送到定子上。F1扭矩傳感器主頻率為60kHz。對±額定扭矩波段為±20kHz。由溫度引起的漂移通過實(shí)時(shí)的溫度補(bǔ)償使之最小。一個(gè)特殊布置的磁性傳感器提供兩組組位相差90°，1024脈沖/轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速信號，最大頻率為250 kHz。F1扭矩傳感器對污染和變形不敏感。

其中F1is-3848扭矩傳感器技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 F1is-3848的技術(shù)參數(shù)

F1is-3848扭矩傳感器的重要技術(shù)參數(shù)有：

●非接觸式扭矩傳感器法蘭連接(通過紅外線傳輸信號)

●定子內(nèi)置信號處理單元

●高過載能力

●主動式溫度補(bǔ)償可以減小溫度產(chǎn)生零點(diǎn)的漂移

●綜合精度0.1(可選0.05)

城市是一個(gè)永遠(yuǎn)沒有完結(jié)的工地，其中的發(fā)展變化個(gè)人無法預(yù)料。2017年3月，二哥居住的小區(qū)成為政府規(guī)劃重點(diǎn)拆遷對象，不到10年且逐漸完善的大面積生活區(qū)必須盡快夷為平地，執(zhí)行總體布局。二哥沒有費(fèi)太多的麻煩與等待，按政府要求第一批簽約騰了房，有了暫住房。

●齒輪齒式速度編碼器60ppr

●磁式速度編碼器1024ppr(選項(xiàng))

●結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊

●可配合228型和587型萬向軸連接

●特征值變送

●最大速度25000rpm

●最大值達(dá)2500Nm中的任一扭矩值

3 數(shù)據(jù)采集設(shè)備

在該離合器試驗(yàn)臺扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中選用美國的NI 9205采集卡作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備。NI 9205是一個(gè)C系列模塊，與NI CompactDAQ和CompactRIO機(jī)箱配合使用。NI 9205的輸入通道和COM之間還具有高達(dá)60 V的過壓保護(hù)。

圖4 NI 9205

NI 9205技術(shù)參數(shù)如下：

●32路單端或16路差分模擬輸入

●16位分辨率；250 kS/s總采樣速率

●±200 mV、±1、±5和±10 V可編程輸入范圍

●熱插拔操作;過壓保護(hù);隔離;可溯源至NIST的校準(zhǔn)

●工作溫度范圍:-40°C到70°C

●彈簧端子或D-Sub連接

NI 9205的各通道共用一個(gè)公共地，該公共地與系統(tǒng)中的其他模塊相隔離。所有通道的輸入信號經(jīng)多路復(fù)用器，接入公用的可編程儀表放大器，然后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。每個(gè)通道均具有±30V過壓保護(hù)功能。

4 計(jì)算機(jī)及應(yīng)用軟件

在很多試驗(yàn)操作中通常采用軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

虛擬儀器(virtual instrument)是在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上衍生出來的儀器，它屬于軟硬件結(jié)合的產(chǎn)物。通常情況下這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)嵌入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。另一種方式剛好相反，它是將儀器嵌入計(jì)算機(jī)，以基于通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。

在該離合器試驗(yàn)臺扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，使用的應(yīng)用軟件是實(shí)驗(yàn)室自己開發(fā)的軟件，它可以對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行適時(shí)記錄和分析，具有可視化界面動態(tài)顯示等各種功能。

5 結(jié)論

以上對離合器試驗(yàn)臺扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單做了簡單介紹，該系統(tǒng)可以較方便的對傳感器輸出的信號進(jìn)行動態(tài)的顯示、處理、分析以及數(shù)據(jù)保存。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中扭矩速度傳感器的選擇對最終的正確顯示有著非常大的影響，特別是在傳感器的選擇過程中對其適用環(huán)境類型、靈敏度、頻率響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性以及精度等參數(shù)要結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮。