同步器是汽車變速箱的核心部件，其性能對汽車變速箱以及汽車性能的提高有著重要意義。為了評價汽車變速器中同步器的性能與壽命，相應設計了基于PLC和計算機共同控制的測試系統;計算機主要完成人機界面交互任務以及相關數據的分析與存儲，PLC根據計算機命令實現數據實時采集和對整個系統的實時控制;測試系統能夠進行三類長時間、高重復性的主要測試，運行穩定可靠。本文主要介紹了測試系統的組成結構、系統設計、PLC在測試系統中的應用和控制程序設計。

    在汽車的傳動系統中，若采用機械式手動變速器，一般都配有同步器，其主要功能是：使接合套與待接合齒圈兩者之間能迅速同步，阻止在同步之前齒輪進行嚙合，防止產生接合齒圈之間的沖擊，縮短換檔時間，迅速完成換檔操作，并延長齒輪壽命。同步器的性能指標直接影響變速器的效能表現，從而影響車輛的操控性，所以要在安裝前對其技術性能和壽命進行一系列相關測試。

    研制基于PLC的變速器同步器測試系統，可以對同步器換擋過程中的關鍵參數進行實時準確的測試記錄，通過對比分析處理，從而對被試同步器的性能與壽命作出客觀準確的評價。因為PLC具有體積小、功能強、可靠性高等特點，所以采用PLC作為整個測試系統的控制核心，通過驅動電機模擬換擋過程，并且控制二個軸的轉速;同時配以計算機，設定測試條件，用以高速采集測試系統中多路傳感器信號，并對采集數據進行后期分析處理，并發出相應指令。

1 測試系統組成

    汽車同步器測試系統的主要部件有：結構臺體、變頻電機、伺服電機、慣性飛輪、被試同步器、換擋機械手、循環潤滑系統、機械手控制箱、控制柜、各種檢測傳感器、PLC、計算機等，測試臺的機械結構如圖1所示。

圖1測試臺的機械結構示意圖

注：1.交流伺服電機(0.85kW);2.減速機;3.離合器;4.交流變頻電機(3 kW);5.機械手液壓泵站;6.皮帶輪;7.位移傳感器;8.液壓缸;9.潤滑油噴油口;10.編碼器(低速);11.組合式慣性飛輪;12.離合器;13.轉速傳感器(高速);14.潤滑油回油口;15.兩分力傳感器;16.齒輪錐;17.同步器;18.撥叉;19.工作倉。

    測試臺能對一定型號的同步器進行3類主要測試：連續測試、慣性測試和擠壓測試，連續測試與慣性測試測量同步器動摩擦系數和耐磨損性能，擠壓測試用于測量同步器的靜摩擦系數，測試是在室溫至120℃的潤滑油環境中進行的，通過對測試臺測量數據的分析與計算，觀測并記錄同步器的摩擦性能與耐磨損性能，從而對同步器的性能作出評價，其中連續測試流程如圖2所示。

圖2 連續測試流程

2 測試系統設計

    整個測試系統的核心是測控部分，首先要求實時監控系統的運行狀況，以確保系統運行的安全可靠;同時在測試過程中，要求實時采集采集位移、轉速、同步扭矩、軸向力、潤滑油油溫和流速等一系列信號數據，通過處理采集到的信號數據及由此繪出的特性曲線，分析評價被測變速器同步器的相關性能，其測控系統原理框圖如圖3所示。

圖3測控系統原理框圖

    測控系統由PLC、計算機、各種傳感器、信號測試調理卡、驅動與控制電機等組成。測試系統由計算機和PIC共同控制，計算機作為上位機具有良好的人機交互功能，負責對整個測控系統進行監控，向PLC發送指令及數據，實現對現場設備的控制，并通過數據分析軟件對采集到的測試數據進行進一步的處理，從而測試同步器的性能指標;因為PLC具有操作方便、可靠性高等優點，能很好地滿足測試系統控制的要求，所以采用PLC來采集現場信號和輸出控制信號;負責直接控制與監控現場設備，包括換擋機械手的運動控制、電機速度的調節、變速器油溫控制等;傳感器負責采集現場的信號，經信號測試調理卡轉換成模擬量傳送給PLC和計算機。需要指出的是：當測試開始之前，必須對變速器各個擋位位置進行預先設定，將各個擋位對應的選擋位置傳感器和掛擋位置傳感器數據存儲于PLC的存儲區，同時將機械手的控制參數如各個擋位的掛擋力、掛擋速度、擋位位置補償存儲于PLC的存儲區，在測試過程中，通過對這些數據的快速查詢而準確快速的模擬換擋過程。

3 系統實現

    測控系統采用計算機與PLC綜合控制。

    作為上位機，計算機中的對應控制程序基于Windows2000/XP平臺系統進行開發，采用人性化用戶界面，能實現試驗臺的自動化控制和試驗數據的存儲及分析處理，其主要實現的功能有：

1)可以預先設定試驗程序，包括軸向力、加載時間、卸載時間、轉速差、潤滑油溫度等參數，并能對同步器參數和試驗工況進行編輯、保存、下載、打印;

2)連續自動記錄測試過程中的相關等數據，實時圖形顯示所有的測量和計算數據，并生成相應變化曲線分析圖;

3)查閱、刪除、分析、打印歷史測試數據或曲線圖;

4)實時顯示測試中的設備狀態及可能出現的錯誤故障，按照出錯等級(警告、錯誤、嚴重錯誤、致命錯誤)自動做出應對;

作為下位機，PLC負責對現場設備進行控制與監控，PLC中的控制程序采用德國倍福公司的TwinCAT PLC編程軟件編寫，整個程序控制流程如圖4所示。

圖4整個程序控制流程圖

PLC中的控制程序實現的功能主要有：

1)控制換擋PLC根據計算機發送的控制命令，提取其存儲區內相應的數據，執行相應換擋動作;同時計算機通過讀取相應傳感器信號監視換擋動作完成情況，若選擋未能到位或換擋超時，會即刻強制空擋，起到安全保險作用;當選擋及時準確到位時，則發出下一步指令。

2)采集數據因為測試環境中通常存在強烈的電磁干擾，如不采取相應的抗干擾措施，其會以傳導和輻射的形式進入測控系統，嚴重影響測試結果，所以要從硬件和軟件上加以相應處理，硬件上要采取相應的電磁屏蔽，在測試信號調制卡設置多重濾波電路，利用PLC的I/O模塊帶有電氣隔離功能進行光電隔離;軟件上采用相應算法進行濾波處理，進一步減低干擾影響。

3)安全保護當不當操作或測試同步器零件總成發生過早損害或其他故障(電機過載、超速、超溫等)時，使試驗臺能夠快速自動停止，對變頻器具有過流、過載、過壓、欠壓、過熱、短路和冷卻風扇異常保護，對電動機具有過載和超速保護，對系統具有超速、超扭和超溫保護，所有報警信號通過主控制計算機顯示故障原因或故障代碼;緊急停車是必須的硬件功能，可以手動執行或系統自動執行;緊急停車時加載機構處于中間位，電機通過制動單元緊急停車、機械手摘到空擋，報警器發出報警。

4 結論

     同步器測試系統是包含信號采集處理、電子電路、機械結構等學科于一體的自動控制機電一體化設備，能夠完成典型的長時間、高重復性測試項目，運行穩定可靠，對于提高同步器測試自動化水平具有重要的實用價值。