汽車離合器從動盤拖曳分離測試機軟件設計論文

【摘要】爲了滿足汽車離合器從動盤拖曳分離測試機控制與檢測的性能要求，採用VC++作爲開發平臺，設計了汽車離合器從動盤拖曳分離測試機控制與檢測軟件。軟件由數據採集、數據處理、控制模塊組成。充分利用MSVC與操作系統的特性及VC++可視化編程的優點，設計的軟件完成了對測試機位置、壓力、轉矩、角度和測試狀態的信號採集，實現了對數據的顯示、分析、存儲、回放和測試機的實時控制與人機交互。實際應用結果表明軟件操作界面友好、靈活、簡單，達到了設計要求，實現了扭矩、位移的高精度測試。

關鍵詞：汽車；離合器從動盤；測試機；控制與檢測；軟件設計

1引言

離合器從動盤是汽車傳動系中的重要傳動部件，從動盤拖曳力矩、拖曳行程是從動盤的主要性能指標[1]。根據離合器行業標準，從動盤總成在出廠前必須經過拖曳分離測試。汽車離合器從動盤拖曳分離測試機的軟件設計是汽車離合器從動盤拖曳分離測試機的重要組成部分。測試機軟件的各項功能之間既相互獨立又相互依賴，這就給程序的設計帶來一定的難度。軟件一方面要充分表達各模塊的功能；另一方面還要在相對獨立的基礎上建立彼此功能上的交互關係。設計軟件需要有良好的人機交互界面，使用戶在使用過程中能得心應手[2]。VC++是在Windows平臺下構建的強大而又複雜的開發工具，支持面向對象程序設計的方法，是目前世界上使用最多的開發工具之一[3]。

利用VC++設計的汽車離合器從動盤拖曳分離測試機由機械臺架、硬件部分、軟件部分組成。機械臺架是實現從動盤檢測的臺架基礎；硬件部分是實現各種傳感器的數據採集及控制測試機進行動作的硬件基礎；軟件部分進行數據採集、數據處理、分析和顯示，完成試驗動作的`控制。測試機軟件設計包括數據採集、數據處理和控制模塊的設計。採用VC++作爲開發平臺，充分利用MSVC與操作系統的特性[4]，開發了測試機的軟件，實現了對測試機位置、壓力、轉矩、角度和測試狀態的信號採集及數據的分析、顯示、存儲與測試機的實時控制。

2汽車離合器從動盤測試機硬件結構與工作原理

汽車離合器從動盤拖曳分離測試機要準確快速的控制位移和力矩，同時實時採集位移、力矩和壓力信號，對系統的實時性能要求較高。結合測試機實際工況，採用研華工控機作爲上位機，三菱PLC作爲下位機。測試機控制與檢測的硬件系統主要由工控機、PCI_OMCE505數據採集卡和PLC以及壓力傳感器、位移傳感器、扭矩傳感器、伺服驅動器和伺服電機等器件構成。硬件結構示意圖，如圖1所示。

工控機是信息處理的中心，能夠提供良好的人機界面，用來編寫和存儲試驗的程序。每次試驗時，工控機讀取加載程序，實現試驗過程的實時控制，通過I/O板通信將命令發送給PLC，PLC通過與工控機的通信控制伺服電機和力矩電機，使這些設備按照試驗要求進行動作。同時，PLC將相關信號傳遞給工控機，工控機將所得數據運算後，再發出指令，從而控制兩個電機。位移傳感器、壓力傳感器和力矩傳感器採集的數據通過數據採集卡傳遞給工控機，工控機對試驗數據—扭矩傳感器的扭矩信號、位移傳感器的位移信號等進行處理，並將試驗數據以曲線形式實時輸出，完成試驗。

3軟件總體框架設計

汽車離合器從動盤拖曳分離測試機軟件設計是採用VC++開發的，通過數據採集卡採集、顯示、分析、存儲數據並傳入工控機，工控機最終控制電機完成試驗要求的動作。軟件總體框架，如圖2所示。

4數據採集模塊程序設計

4.1傳感器標定爲了保證測量精度，在使用前需要對傳感器進行標定，傳感器的標定就是通過試驗確立傳感器的輸入量與輸出量之間的關係，並確定出不同使用條件下的誤差關係或測量精度[5]。利用已知的標準值輸入到待標定的傳感器中，傳感器得到相應的輸出量，將輸出量與輸入的標準量繪製成曲線即得標定曲線。

壓力傳感器標定，如圖3所示。在壓力傳感器未加力值的情況下，將之調零，然後將力值加載至滿量程（如滿量程爲20kN，則加載至20kN），在“分辨率”內輸入相應的數值，用鼠標單擊“輸入”（如理想值爲15kN，實際測量值爲13kN，當前分辨率爲20000，則新的分辨率應該爲（13/15）*20000），使“試驗力（N）”數值與標稱值一致，之後完全卸載。再次將力值調零，然後加載至滿量程，如果測量值和標稱值一致，則完全卸載，再按保存按鈕，標定結束，否則重複前面步驟，直到測量值和實際值一致，標定完成。

4.2傳感器信號採集程序設計

接通電氣控制櫃電源，啓動控制軟件並自動進入“拖曳檢測機”程序，此時屏幕將顯示“測試系統”主界面，設計主界面內相關內容有：菜單部分、工具條部分、控制條部分、測試條部分、顯示窗口等。“文件”菜單中的選項包括對文件進行讀取、保存以及對試驗結果的打印、打印預覽和退出測試系統等操作。測試條顯示負荷（kN）、扭矩（N·m）、位移（mm）、角度的測量值，鼠標單擊“調零”按鈕，即可對相應的測量值進行調零。數據採集部分代碼程序（略）。

4.3軟件濾波

除硬件的可靠性設計外，軟件的抗干擾措施也是防止和消除整個測試系統故障、提高軟件運行可靠性的重要途徑。爲了提高信號的精度，在軟件中使用卡爾曼濾波方法去除干擾[6]。卡爾曼濾波是在時域內實現最優的遞推濾波方法。

卡爾曼濾波所需數據存儲量較小，便於用計算機進行實時處理，非常適合於在計算機上實現。爲了消除採集信號中的雜波成分，在實時採集信號波形輸入顯示控件前進行卡爾曼濾波，將混有噪聲的信號進行濾波，消除噪聲，獲得精確的實際信號。

5數據處理及控制模塊設計

5.1實時顯示與存儲對傳感器信號進行連續實時採集，需要控制數據採集卡連續採集數據，並配以實時的時間軸以進行同步顯示[7]。實時採集位置、壓力、轉矩、角度和試驗機狀態信號。

在“測試系統”界面內的工具欄選擇“設置”菜單選項，打開設置界面，選取“自動存儲設置”選項，設置自動存儲的文件名及路徑，選中“自動存儲”，當試驗結束後，控制程序自動按輸入的路徑，輸入的文件名+時間存儲，試驗測試操作界面，如圖4所示。

5.2數據回放在存入數據庫的大量數據中，可以根據需要選擇特定時間再動態的回放所存儲的數據。信號回放時，根據用戶要求的不同可以任意選擇回放數據的起始位置和結束位置。在編輯框中輸入回放開始時間、結束時間，通過結構化查詢數據庫即可實現動態圖形繪製，真實再現當時的工作狀態。在數據存儲過程中，可利用靜態回放將實時繪製的圖形保存爲BMP圖像文件，因此可以利用Web瀏覽器直接查看已保存的圖像。

5.3數據分析

用鼠標單擊測試系統主界面中的“顯示結果”菜單項，之後程序將在主窗口顯示本測試的規定值、測量值和試驗結果，試驗測試操作界面，如圖5所示。其規定值爲0。5N，由測試結果曲線可以看出測試值爲0。23N，根據試驗要求：檢驗的汽車離合器從動盤在0。5N之內都是合格產品，得出這個從動盤的拖曳力矩指標的測試結果是合格的。

5.4控制模塊設計

控制器在程序中實時採集位移和壓力信號，信號在經過處理後，對位移及力矩數據進行計算，完成卡爾曼濾波和複合滑模控制計算，根據計算結果設置好試驗參數，把位置、轉矩控制指令代碼發送給PLC，然後PLC利用獲得的數據來驅動伺服驅動器，伺服驅動器控制位移電機及力矩電機按照試驗要求，完成位移和轉矩的控制，實現試驗所要求的動作。

6結論

利用VC++程序語言完成了汽車離合器從動盤拖曳分離測試機控制軟件的設計，實現了相關傳感器數據採集及測試機的實時控制，充分運用了VC++可視化編程的優點，測試系統的操作界面友好、操作靈活簡單。實際應用結果驗證，軟件達到了設計要求。實現了扭矩、位移的高精度測試，提高了檢測效率，節約了人力、物力，滿足了生產需要。