汽車離合器試驗臺扭矩轉速數據采集系統

張興源，李玉煌

(1.重慶電子工程職業學院，重慶 401331；2.重慶理工大學，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臺。該試驗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、從動部分轉速以及摩擦表面溫度隨時間的變化等一系列關鍵參數。試驗設備及測量記錄裝置原理簡圖如圖1所示。

圖1 離合器試驗臺原理簡圖

為了分析機械設備所傳遞的摩擦力矩和主、從動部分的轉速，開發設計了扭矩轉速數據采集系統，本文對該系統的設計進行簡要闡述。

1 數據采集系統硬件構成

信號檢測的基本任務是獲取有用的信息，是人類認識客觀世界的手段。在機械設備運行過程中，涉及到根據檢測對象選擇合適的傳感器、信號調理、采樣、信號處理及檢測系統等諸多因素。通常情況下一個完整的信號測試系統一般由四部分構成——原始信號、信號調理電路、數據采集設備和計算機。如圖2所示。

圖2 數據采集系統基本組成

由于現實生活中大多數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換為數采設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理設備對部分電信號進行放大、濾波、隔離等處理措施，是因為某些輸入的電信號不便于直接測量，進而影響測量精度。

2 試驗臺傳感器選擇

圖3 GIF F1is-3848扭矩傳感器

F1is 系列扭矩傳感器包含一個由極低滯后性鋼材料制作的測理單體。測量段的扭轉通過應變片感知,轉換成電壓信號，然后以非接觸的方式通過調制紅外線發送到定子上。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時的溫度補償使之最小。一個特殊布置的磁性傳感器提供兩組組位相差90°，1024脈沖/轉的轉速信號，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扭矩傳感器技術參數如表1所示。

表1 F1is-3848的技術參數

F1is-3848扭矩傳感器的重要技術參數有：

●非接觸式扭矩傳感器法蘭連接(通過紅外線傳輸信號)

●定子內置信號處理單元

●高過載能力

●主動式溫度補償可以減小溫度產生零點的漂移

●綜合精度0.1(可選0.05)

城市是一個永遠沒有完結的工地，其中的發展變化個人無法預料。2017年3月，二哥居住的小區成為政府規劃重點拆遷對象，不到10年且逐漸完善的大面積生活區必須盡快夷為平地，執行總體布局。二哥沒有費太多的麻煩與等待，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)

●結構設計緊湊

●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2500Nm中的任一扭矩值

3 數據采集設備

在該離合器試驗臺扭矩轉速數據采集系統中選用美國的NI 9205采集卡作為數據采集設備。NI 9205是一個C系列模塊，與NI CompactDAQ和CompactRIO機箱配合使用。NI 9205的輸入通道和COM之間還具有高達60 V的過壓保護。

圖4 NI 9205

NI 9205技術參數如下：

●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;隔離;可溯源至NIST的校準

●工作溫度范圍:-40°C到70°C

●彈簧端子或D-Sub連接

NI 9205的各通道共用一個公共地，該公共地與系統中的其他模塊相隔離。所有通道的輸入信號經多路復用器，接入公用的可編程儀表放大器，然后送入模數轉換器。每個通道均具有±30V過壓保護功能。

4 計算機及應用軟件

在很多試驗操作中通常采用軟硬件結合的方式實現試驗目的。

虛擬儀器(virtual instrument)是在計算機的基礎上衍生出來的儀器，它屬于軟硬件結合的產物。通常情況下這種結合有兩種方式，一種是將計算機嵌入儀器，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，它是將儀器嵌入計算機，以基于通用的計算機硬件及操作系統，實現各種儀器功能。

在該離合器試驗臺扭矩轉速數據采集系統中，使用的應用軟件是實驗室自己開發的軟件，它可以對采集的數據進行適時記錄和分析，具有可視化界面動態顯示等各種功能。

5 結論

以上對離合器試驗臺扭矩轉速數據采集系統簡單做了簡單介紹，該系統可以較方便的對傳感器輸出的信號進行動態的顯示、處理、分析以及數據保存。該系統的設計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境類型、靈敏度、頻率響應特性、線性范圍、穩定性以及精度等參數要結合實際情況綜合考慮。