1、目 錄摘 要3Abstract41 緒論51.1論文研究的目的及意義51.2 變速器試驗臺發展現狀61.2.1 國外的發展現狀61.2.2國內的發展現狀71.3 主要設計內容81.4 設計參數82 變速器試驗臺總體方案確定92.1 變速器試驗臺概述92.1.1 開環試驗臺的原理及優缺點92.1.2 機械封閉試驗臺原理及優缺點92.1.3 電封閉試驗臺102.2 變速器試驗臺總體方案確定112.2.1 變速器試驗臺結構組成112.2.2 變速器試驗臺測控系統硬件組成123 變速器試驗臺電機控制系統133.1 電機的選型133.2 電機控制143.2.1 變頻調速三相異步電動機的原理及方法143.

2、2.2 變速器選型163.2.3變頻器選件說明213.3工控機對變頻器的控制223.3.1 工控機的選型223.3.2 轉換模塊的選型233.4 電機控制電氣原理圖234 數據采集硬件系統244.1轉速轉矩傳感器的工作原理錯誤！未定義書簽。44.1.1 轉矩測量原理24 4.1.2轉速測量原理24 4.2 傳感器選型25 4.3 數據采集卡的選型29 4.4 數據采集系統接線圖315 結論32致 謝34參考文獻35摘 要 變速器作為汽車傳動系上重要組成之一，其性能直接影響到汽車可靠性和動力特性，因此要經過實驗來測試和分析汽車變速器的性能影響，以及驗證變速器產品轉速、轉矩等參數的合理性，為產品設

3、計與質量評估提供可靠的依據，縮短產品的開發周期和提高產品質量。變速器試驗臺測控部分主要組成有驅動電機，負載電機，變頻器，工控機，轉速轉矩傳感器，數據采集卡等。本文主要完成變速器試驗臺測控系統總體方案，電機控制部分的電氣原理圖設計及繪制，測控系統數據采集硬件接線圖。本試驗臺測控系統硬件選型主要有：根據給定的設計參數完成電機的選型，然后根據電機功率完成變頻器的選型；通過分析給定參數，所需要的測量精度和所需要測量的數據要求（轉矩和轉速），對傳感器進行選型；通過所選傳感器，完成數據采集卡的選型。本試驗臺通過變頻器內的能量逆變裝置，實現能量的回收再利用。關鍵詞：變速器試驗臺 測控系統組成 硬件選型及接線

4、圖 電氣原理圖 AbstractTransmission as vehicle drivetrain is one of the important composition, its performance directly affect auto reliability and dynamic characteristics, so be through experiment to test and analysis of the auto transmission impact on performance, and validate the transmission products r

5、otational speed, torque and other parameters of the rationality, for product design and quality evaluation, shorten the reliable basis for new product development cycles and improve product quality. The transmission control part of main component test with a drive motor, load motor, frequency conver

6、ter, industrial PC, speed, torque sensor data acquisition card, etc. This paper mainly complete transmission test rig measurement and control system, motor control part of the overall scheme of the electrical diagram design and drawing, measurement and control system data acquisition hardware hookup

7、. This transmission test rig system hardware selection mainly has: according to the given design parameters selection, then finish motor based on the motor power complete frequency converter selection; Through the analysis, requiring given parameter measurement precision and required the measured da

8、ta of requirements (torque and speed), selection of sensor; Through selected sensor, complete data collection card selection.This test rig in by the frequency inverter device, realization energy energy recycle.Keywords: transmission test rig system composition hardware selection and the wiring diagr

9、am electrical diagram 1 緒論1.1論文研究的目的及意義 隨著汽車市場的不斷擴大，汽車行業對變速器的需求不斷增長，對汽車變速器的質量要求也越來越高，這就要求既要有高科技的加工手段，又要有高質量的檢測設備。變速器的出廠檢驗是控制出廠質量的重要環節，出廠檢驗的任務是在產品出廠前盡快發現問題并及時解決，以避免在用戶使用中出現質量問題，這樣可有效控制產品質量，減少售后服務的工作量，節約資金，降低成本，提高產品的市場信譽度。利用加載試驗臺作為變速器的檢驗設備，在國外早已普遍應用。近些年來我國的部分生產廠家也開始使用加載試驗臺對出廠設備進行檢驗。使用加載試驗臺，可在有載荷的情況下檢測

10、變速器，更接近變速器的實際使用工況，能發現一些空載試驗所檢查不出來的質量問題，可有效控制變速器的質量，因此設計開發一種性能好的變速器加載試驗臺是非常重要的。汽車變速器是汽車傳動系統的重要組成部分。其性能的優劣直接影響到傳統系統的性能，關系到整車的質量。因此必須進行疲勞壽命試驗用來測試和分析汽車變速器的耐久性、使用壽命、傳動效率等因素的影響，以及驗證變速器產品結構設計、制造工藝、材料、負荷、轉速、潤滑條件等參數的合理性，為產品設計與質量評價提供可靠的科學依據，縮短產品的開發周期和提高產品質量。研制汽車變速器試驗臺，實現對各種汽車變速器例行試驗，測試其性能、參數等，以檢測變速器是否滿足有關技術要求

11、的規定；自動記錄相應的試驗數據并進行分析處理，最后將數據、特性曲線等試驗結果通過報表打印輸出。實現汽車變速器測試系統的高精度、速應性、實時性和高抗干擾能力。改變傳統的汽車變速器測試方法，大幅度提高工作效率，從而提高汽車變速器檢修的速度和質量，降低檢修成本，實現檢修自動化、數字化、智能化，完成對檢修過程的有效記錄管理，建立汽車變速器的狀態參數數據庫，為汽車變速器檢修由定期維修向狀態維修提供一定的設備基礎，提高汽車變速器檢修管理水平，從而實現對汽車變速器狀態的有效控制，為數字化檢修的建設服務。1.2 變速器試驗臺發展現狀 變速器試驗臺的類型曾從“機械封閉式”到“開環”到“電封閉式”幾種類型等幾個階

12、段，其中“機械封閉式試驗臺”是由驅動電機、倆個傳動箱、輸入扭矩轉速傳感器、被試件、輸出扭矩傳感器、加載器等組成，由于這種試驗臺試驗時相當于有一個封閉式功率流在這個封閉的機械傳動系統內流動，因此稱之為機械式封閉式試驗臺；“開環試驗臺”是由驅動電機輸出的功率，通過被試變速器和陪試變速器之后，即被負載裝置（各種測功機）全部吸收并且消耗掉；“電封閉式”是變速器輸出的機械功率首先通過加載電動機裝換成電功率，再通過電參數的調節，將這部分電功率以合適的電壓、電流方式（交流模式時還包括頻率和相移）傳到變速器的驅動電機，再由該電機將電能轉換成機械能，驅動變速器的輸入軸，實現能量的回饋與利用。1.2.1 國外的發

13、展現狀 目前，國外變速器臺架測試技術已經比較成熟，可以對變速器的一些特性進行檢測，如空載或又負荷情況下的加速及減速換擋特性，1、2、3、4前進擋、倒檔的滑差測定，各種工況下的各種油壓等。這些設備技術含量高、測試精度高，但購置費用較高，僅有一些經濟發達地區的個別大型維修部門從國外廠家購買了試驗臺，但僅僅幾臺試驗臺遠遠滿足不了我國各地眾多轎車維修單位的需要。目前我國北京四惠汽車修理公司、廣東花都汽車修理公司及廣西南寧富緣汽車修理有限公司引進了英國公司開發的用于汽車維修行業使用的自動變速器試驗臺，該試驗臺能對自動變速器進行動態模擬測試，檢測的技術指標包括在不同的負荷的控制油壓、輸入、輸出轉速、冷卻流

14、量、離合器、制動器是否打滑等指標。該機的作用主要在兩個方面：其一在自動變速器維修前對自動變速器進行診斷、分析，對以后的維修提供數據；其二為維修后出廠的自動變速器作性能檢測，以保證維修后的出廠質量。其結構可分為自動變速器試驗臺臺架、模擬加載裝置、動力供應部分、連接附件、控制臺等五個部分組成。ATP-UK-300型號動力裝置為73kw的調頻電機作為動力輸入，ATP-CN-200型采用一個排量為4L的發動機作為動力輸入裝置，采用儀表顯示，獨立控制，其連接設計了快速連接機構，能對數十種自動變速器進行快速連接其模擬負載裝置采用了風冷的電渦流測功機。此設備設計較先進，可以試驗多鐘型號的自動變速器，應用范圍

15、較廣，特別是快速連接機構值得借鑒，但是設備價格較昂貴，只有在較大的修理企業且在北京、廣東等自動變速器維修量較大的地方才能考慮購買，一般汽車修理企業在產品的價格上較難接受。1.2.2國內的發展現狀目前，汽車變速器檢測已獲得很大發展，但在許多汽車變速器制造和檢修企業，尤其是一些小型企業仍采用傳統測試方法。在國內的機車檢修設備使用單位中，大多數的汽車變速器試驗臺仍屬于觸點控制的非標準設備，采用手工調節，人工讀表，人工數據處理等。這種傳統方法工作效率低、勞動強度大，而且要求測試人員工作時精力高度集中并具有豐富的試驗經驗，即使這樣，測試精度也往往難以保證。由于其數字化程度低、試驗操作繁瑣、安全系數低、故

16、障率高，報表可信度低，且難以建立完備的機車檢修數據信息庫，所以成為制約檢修生產信息化和數字化的瓶頸。部分國內廠家已經開始了該試驗臺的研制并取得了一些成績，但由于技術力量不足，所開發的試驗臺技術含量、自動化程度較低，有些項目的測試只能用于手動操作，準確率較低，而且檢測項目較少，與國外的產品相比缺乏競爭力，無法替代進口產品。研制的設備要具有集成化、數字化和智能化的特點，保證測試精度高、重復性好，同時要求簡單可靠、成本低。目前，能夠滿足上述要求，同時具有手動和自動控制方式，汽車變速器測試的設備并不多見。隨著我國汽車保有量的迅速增長，促進了汽車檢測維修設備企業的發展，并開始開發研制具有一定水平的檢測設

17、備。但是由于裝備自動變速器的汽車是近幾年才大量進入我國，自動變速器檢修設備一直處于較低水平，目前國內市場上僅有山西省汽車保修機具供應站生產一種稱作“中國首臺自動變速器維修專用試驗臺”的一型自動變速器試驗臺，該試驗臺在實驗時不裝液力變矩器，即不能試驗液力變矩器的性能，由于不試驗液力變矩器所以該設備結構簡單，成本低，售價相對較低。該設備采用液壓馬達進行動力輸入，輸入額定轉矩為200Nm，輸入轉矩較小，不能滿足大排量汽車自動變速器對自動變速器的檢修試驗的要求，由于在實驗時不裝液力變矩器，所以靠試驗臺提供自動變速器系統油壓，這樣不能完全模擬實際使用工況，但是可以拆除油底殼進行試驗，當閥體漏油時可以一目

18、了然的看到設計的一型電磁閥測試儀可以對種以上車輛的自動變速器進行換擋控制，可以用于試驗臺檢測時使用，也可單獨就車路試，此設備值得借鑒。1.3 主要設計內容 本文對汽車變速器試驗臺測控系統的硬件組成進行設計，設計的主要內容如下：1） 變速器試驗臺測控系統總體方案設計；2） 變速器試驗臺主要組成部分的選型；3） 變速器試驗臺電機控制部分電氣原理圖設計及繪制；4） 變速器試驗臺數據采集系統控制原理圖設計及繪制；1.4 設計參數 本試驗臺設計的主要參數如下： 1) 試驗臺要求變速器輸入軸最高轉速6000r/min; 2）試驗臺要求變速器輸入最高轉矩； 3）變速器的傳動比為3.6-15.6。2 變速器試

19、驗臺總體方案確定2.1 變速器試驗臺概述 變速器試驗臺是汽車變速器實驗的主要設備，它對變速器的轉速，轉矩測量和分析試驗，在汽車的試驗設備中具有重要的地位，按其工作原理可將其分為三類：開環試驗臺，機械封閉試驗臺和電封閉試驗臺。2.1.1 開環試驗臺的原理及優缺點 開環試驗臺結構原理圖如圖2.1：圖2.1開環試驗臺結構原理框圖 各部分組成及功用： 動力區由電機或者內燃機、調速器及附屬裝置組成，它負責向系統提供動力（功率），其中包括轉速和扭矩。 試驗區是由被測裝置、變速器、扭矩轉速測量裝置及一些其他測量裝置組成。 模擬負載區主要由測功機（也可以是發電機或者磁粉制動器等）及其他附屬裝置組成。開環試驗臺

20、整套系統的工作原理及工作過程比較簡單，整套設備的技術含量低，制造成本相對較低，它的致命弱點是臺架需要大功率動力（驅動電機或者內燃機），能量無法反饋使用。因此，其試驗成本相對于后面所述的封閉試驗臺來說較高，而在變速器實驗項目中，它屬于長時間的試驗項目，因此，功率的消耗就成為一個必須考慮的問題。開環試驗臺常用于變速器的傳動效率試驗和疲勞壽命試驗，對變速器出場實驗而言，開環試驗臺是不合適的。2.1.2 機械封閉試驗臺原理及優缺點機械封閉試驗臺的原理框圖如圖2.2所示，機械封閉試驗臺是由驅動電機，兩個傳動箱，輸入轉速轉矩傳感器，被試件，輸出轉速轉矩傳感器，加載器等組成，由于這種試驗臺試驗時相當于有一個

21、閉環功率流在這個封閉的機械傳動系統內流動，一次稱之為機械封閉試驗臺，機械封閉試驗臺具有節能，控制方便，可靠性好功率流內部封閉，能源消耗不大，造價適中；其缺點是扭矩施加裝置結構復雜，需要定期維護，試件轉速不能太高，特別是現在車用發動機速度越來越高，矛盾逐漸顯現。圖2.2機械封閉試驗臺原理框圖1-驅動電機，2-傳動箱，3-轉速轉矩傳感器，4-被測試變速器 5-陪試變速器，6-加載裝置2.1.3 電封閉試驗臺 電封閉試驗臺結構原理框圖如圖2.3：機組或變流器電動機傳感器被測試件傳感器發電機機組或變流器圖2.3電封閉試驗臺結構原理框圖 電封閉試驗臺在結構上與開放式試驗臺類似，但電封閉試驗臺在實現加載功

22、能的同時實現發電的功能，發出的電力通過閉環系統提供給驅動端的電機或反饋給電網。電封閉加載試驗臺是由電動機或電機組作為源動力帶動傳動裝置，在帶動發電機或發電機組工作時，通過產生電磁制動轉矩進行加載，并將發出的電能通過回饋方式可被再度利用，從而達到節能的目的。從圖中可以看出，交流電力封閉試驗臺的設計思想是在原有開環試驗臺的基礎上加一套動力回收裝置，將系統消耗的能量通過電網加以回收，從而降低試驗消耗。其優點是能源利用好，效率高，結構簡單，能夠實現動態加載，；缺點是造價昂貴。發展初期，用直流電機組發電帶動一臺直流電動機拖動變速器，另一臺直流發電機加載，再經同步發電機組回饋電網，這種方式效率只能達到60

23、%，占地面積大，機組噪聲高，加載響應慢，現已逐步淘汰。隨著直流交流技術的發展，直流發電機組已被靜止直流變流器取代，能源利用率大大提高，但直流變流器回饋電網質量較差，功率因素僅為0.75，在國外是禁止并網的。上世紀八十年代以來，交流變流技術飛速發展，回饋電網功率因數可達到0.9999，能夠并網，減少了對電網的污染。2.2 變速器試驗臺總體方案確定2.2.1 變速器試驗臺結構組成 通過對開環試驗臺、機械封閉試驗臺和電封閉試驗臺進行對比分析，確定本試變速器試驗臺采用交流電封閉設計。試驗臺組成框圖如2.4所示：圖2.4 試驗臺組成框圖驅動電機模擬汽車發動機在不同轉速下的工況，考慮到試驗臺經濟性，在驅動

24、電機的選型上，由于電機轉速在6000r/min的電機較少，且非常昂貴，故而選擇轉速較為常見的轉速在3000r/min左右的電機。然后通過升速箱來獲得更高的轉速以滿足設計參數的要求。負載電機模擬汽車驅動輪在地面上行駛時的負載，負載電機要求的轉矩較高，一般常見的電機也滿足不了設計要求，故而要在負載電機前端加上一個加速箱，起到減速增扭的效果。本試驗臺變速器前后裝有轉速轉矩傳感器，主要用來測量變速器輸入軸和輸出軸的轉速和轉矩。2.2.2 變速器試驗臺測控系統硬件組成 本變速器試驗臺的主要控制部分由工控機和數據采集卡兩部分組成，測控系統的主要功能是工控機向變頻器發出指令，實現對電機的控制，然后接受轉速轉

25、矩傳感器的輸入信號，經過處理和計算，將結果以直觀的形式顯示出來。整個系統采用數據采集卡系統實現。由于轉速轉矩傳感器輸出的信號為頻率信號，所以轉速轉矩傳感器有一個配套的頻率電壓轉換模塊，將轉速轉矩傳感器輸出的頻率信號轉化為電壓信號功數據采集卡采集。數據采集卡與總線之間采用PCI總線傳輸信號。變速器試驗臺測控系統硬件組成框圖如圖2.5所示：圖2.5 變速器試驗臺測控系統硬件組成框圖3 變速器試驗臺電機控制系統 本變速器試驗臺的驅動系統由工控計算機發出指令，通過變頻器控制驅動電機的運行狀態，為變速器提供動力來源。本變速器試驗臺的加載系統由工控機發出指令，通過變頻器控制負載電機的轉差率，模擬汽車在不同

26、路面條件和行駛工況下的阻力狀況，為傳動部件的測試提供各種阻力工況的載荷。驅動電機提供動力，負載電機吸收變速器的輸出功率，系統選用交流異步變頻電動機，作為驅動電機和負載電機，在測試過程中由變頻器哈有源逆變器對電機的運行狀態進行控制，同時將完成能量反饋。控制框圖如圖3.1所示：圖3.1 控制框圖3.1 電機的選型 參照設計參數，變速箱輸入軸的最高轉速為6000r/min，由于常見的電機滿足不了這么高的轉速，故而需在驅動電機和變速箱之間加上一個升速箱，此升速箱的傳動比定為i=1：2，由此可得驅動電機的轉速最高要求為：變速器輸入軸最大轉矩為，得驅動電機的輸出的轉矩為。根據公式：，得。考慮到本試驗臺適應

27、不同變速器測試，故而將轉速，轉矩選用最大來滿足不同容量的變速器。 參照大連電機有限公司電機樣本選擇選擇驅動電機的型號為MDSP355L-2的變頻調速三相異步電動機，額定功率315kw，額定轉矩1000Nm。電機參數表3.1：變速器的傳動比為3.6-15.6之間，故而據此可以算出加載電機的最大轉速為2000轉/分，加載電機的最大轉矩為6000，分解到兩個加載電機上的轉矩為3000。常見電機的轉矩滿足不了要求，故而要在變速器和負載電機之間加上減速箱，達到減速增扭的效果。減速箱的傳動比設為6：1，得負載電機的最大轉矩為500，根據公式：，得。 參照大連電機有限公司電機樣本選擇負載電機的型號為MDSP

28、315L-2的變頻調速三相異步電動機，額定功率160kw，額定轉矩513Nm。電機的參數如表3.2：3.2 電機控制3.2.1 變頻調速三相異步電動機的原理及方法 異步電動機定子三相對稱繞組空間相隔角，當通以三相對稱電流后，便產生了旋轉磁場，其旋轉磁場的轉速（亦稱同步轉速）：式中 定子繞組電源頻率 磁場對數異步電動機的轉差率：式中 轉差率 異步電動機轉子轉速由上式可知，異步電動機轉子轉速的調節方法有以下幾種：改變異步電動機的磁極對數調速改變轉差率調速改變供電電源頻率調速要改變異步電動機的轉速，可從以上方法中選取一種即可。 采用方法不能滿足傳動試驗臺驅動部分連續調速的要求，方法不易于控制的實現，

29、而采用方法則簡單易行。 根據電機學原理，電機轉子跟定子旋轉磁場之間存在相對運動將產生電磁感應作用，電機轉子上產生電磁轉矩。設定子旋轉磁場的轉速為，轉子的轉速為，由電機機械特性可知，工作在第二象限的電機定子旋轉磁場的轉向雖然一致，但定子傳轉磁場的轉速小于轉子的轉速，轉差率，此時產生的電磁轉矩，為制動力矩。電機轉為發電機運行。電機處于回饋制動狀態。 三相異步電動機的機械特性曲線如下圖3.1：圖3.1 電動機機械特性曲線本試驗臺的加載系統，利用工作在第二象限的異步電機作為加載裝置，假設負載電機現在機械特性曲線1上運行，通過控制變頻器的頻率確保傳動部件的輸出軸轉速和加載電機定子旋轉磁場轉速保持同步，即

30、保證轉差率，電磁轉矩，此時傳動部件的輸出端為空載狀態，當加載信號發出時，變頻器降低負載電機的指令頻率，將電機電子磁場轉速降低，其機械特性曲線變為2，由于被傳動部件的輸出軸和工作在穩定工況的驅動電機剛性相連，轉速基本發生變化，負載電機改為B點工作，器轉子產生的轉矩，傳動部件的輸出端為加載狀態。因此，通過精確調節負載電機的頻率將，即能控制旋轉磁場的轉差率，進而控制加載力矩的變化，實現定量加載。綜上，采用變頻器對驅動電機進行調速。3.2.2 變速器選型 驅動電機的額定功率為513KW，根據普傳科技有限公司變頻器樣本選用PI7800 315G3 的變頻器，315表示功率為315KW，G表示標準負載，3

31、表示三相380V電壓輸入。負載電機的額定功率為160KW，根據普傳科技有限公司變頻器樣本選用PI7800 160M3 的變頻器，160表示功率為160KW，M表示較重型負載，3表示三相380V電壓輸入。本型號變頻器具有特定的逆變模塊，能夠反饋電能。PI7800的技術規格：表3.3變頻器的安裝方向與空間：變頻器應安裝在室內通風良好的場所，并采用壁掛式，且必須與周圍相鄰物品或擋板保持足夠空間，如圖3.2所示：圖3.2 安裝方向與空間變頻器配線，分為主回路及控制回路兩部分。下圖為配線回路正確連線圖如圖3.3所示：圖3.3 配線圖變頻器接線端子功能說明：變頻器控制端子功能說明：3.2.3變頻器選件說明

32、1、 交流電抗器選用普傳變頻器有限公司與PI7800相匹配的電抗器，變頻器在工作時將產生較大的諧波含量很高，如果不裝進線電抗器，將大大縮短變頻器及其它設備的使用壽命，諧波干擾嚴重時，會導致有些設備不能正常運行，加裝進線電抗器后將大大降低各諧波的含量，提高電網的功率因數，保證變頻器及其它負載的安全運行，確保其它設備不受諧波干擾影響。常用交流電抗器的外行尺寸：2、 濾波器 濾波器主要用來過濾回饋電網中那些雜亂信號。3.3工控機對變頻器的控制因為該系統中變頻器數量不多，數量傳輸量不大，采用RS485總線來實現工控機與變頻器之間的通訊，滿足了實時性要求，由于變頻器通訊采用RS485標準，與工控機的RS

33、232標準之間需要進行交換，因此，在變頻器與工控機之間采用RS/RS轉換模塊連接。3.3.1 工控機的選型本變速器試驗臺工控機選用研華IPC-610MB。IPC-610MB 采用AIMB-763VG的主板，Intel 奔騰雙核 E5300（2.6G）的CPU ，板上帶有2個COM 口，8個USB2.0，5個PCI，1個PCIex1/ PCIex16，1個千兆網卡。AIMB-763 使用的是 Intel 945G 芯片組，支持用以提升系統性能的先進雙核處理器技術。其集成的 Intel GMA 950 圖形控制器擁有一個 400 MHz 核心、224 MB 的共享視頻內存及 DirectX 9 3

34、D硬件加速。這些特性可確保得到高質量的圖形，視覺表現更加平滑。為配合多顯示器的使用并方便未來圖形升級，它有一個 PCI Express x16插槽可對更高性能的圖形卡提供支持，便于連接 CRT、LCD 以及其他各種顯示設備 Specifications。該工控機輸出信號為RS232協議。3.3.2 轉換模塊的選型由于常用的工控機協議均為RS232協議，本試驗臺采用的研華IPC-610MB也為RS232協議，而變頻器采用的是RS485協議通訊，故而要在工控機和變頻器之間加上一個RS232/RS485轉換模塊，以實現二者通訊。本變速器試驗臺RS232/RS485轉換模塊選用波士RS-232RS-4

35、85轉換器。波士RS-232RS-485轉換器都可將RS-232通信距離延長至1.2Km以上（9600bps時）。都可以用于PC機之間、PC機與變頻器之間構成遠程多機通信網絡。3.4 電機控制電氣原理圖如圖3.4所示電機控制電氣原理圖，試驗開始時，通過手動開關啟動驅動電機，然后在工控機上對變頻器進行參數設定，工控機通過RS232/RS485轉換器將RS232協議轉換為RS485協議從而控制變頻器，通過變頻器調節電機轉速和轉矩。通過手動開關啟動加載電機，通過變頻器設定電機轉速。此刻，驅動電機為電動機，將電能轉化為機械傳給變速器，然后變速器再將機械能輸給加載電機，同時將機械能轉化為電能。由于變頻器

36、中存在一個逆變裝置，能夠直接將這部分電能返回到局域電網。圖3.4 電氣原理圖4 數據采集硬件系統數控采集系統用來采集試驗進行中所需要的各項狀態和參數，以便監控試驗系統的工作狀況，并且采集和實時顯示所必須觀測的數據量，為實驗的閉環控制創造條件。本變速器試驗臺數據采集系統主要通過轉速轉矩接收信號后，用數據采集卡進行數據采集。4.1轉速轉矩傳感器的工作原理4.1.1 轉矩測量原理 轉矩轉速傳感器的檢測敏感元件是電阻應變橋。將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上以組成應變電橋，只要向應變電橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號，然后將該應變信號放大，再經過壓頻轉換變成與扭應變成正比的頻率信號。傳

37、感器的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環形旋轉變壓器承擔的，因此可實現能源及信號的無接觸傳遞。 在一段特制的彈性軸上粘貼專用的測扭應變片并組成電橋，以形成基礎扭矩傳感器，然后在軸上再固定能源環形旋轉變壓器的次級線圈、軸上印刷電路板和信號環旋轉變壓器的初級線圈。電路板上包含整流穩壓電源、儀表放大電路及VF變換電路。在傳感器的外殼上固定著激磁電路、能源環形旋轉變壓器的初級線圈、信號環形變壓器的次級線圈及信號處理電路。 傳感器電路部分在工作時，由外部電源向傳感器提供%26;#177;15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產生400Hz的方波，經過TDA2003功率放大即產生交流激磁功率電源，通過能

38、源環形旋轉變壓器從靜止的初級線圈T1傳遞至旋轉的次級線圈T2， 然后將得到的交流電源通過軸上的整流、濾波電路處理后變成%26;#177;5V的直流電源。再將該電源作為運算放大器AD822的工作電源，并由基準電源AD589與雙運放AD822組成高精度穩壓電源，以產生%26;#177;45V的精密直流電源，該電源既可作為應變電橋電源，又可作為儀表放大器及VF轉換器的工作電源。當彈性軸受扭時，應變橋檢測到的mV級應變信號通過儀表放大器AD620將其放大成15 V%26;#177;1V的強信號，再通過VF轉換器LM331變換成頻率信號，此信號通過信號環形旋轉變壓器，從旋轉軸傳遞至靜止的次級線圈，再經過

39、傳感器外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號輸出。轉速測量原理 轉矩轉速傳感器在旋轉軸上安裝著60條齒縫的測速輪，在傳感器外殼上安裝的一只由發光二極管及光敏三極管組成的槽型光電開關架，測速輪的每一個齒將發光二極管的光線遮擋住時，光敏三極管就輸出一個高電平，當光線通過齒縫射到光敏管的窗口時，光敏管就輸出一個低電平，旋轉軸每轉一圈就可得到60個脈沖，因此，每秒鐘檢測到的脈沖數恰好等于每分鐘的轉速值。4.2 傳感器選型 轉矩傳感器在電動機、發動機、發電機、風機、攪拌機、卷揚機、鉆探機械等眾多的旋轉動力測試系統中及數控機械加工中心， 自動機床等機電一體化設備中已獲得廣

40、泛的應用。傳統的轉矩傳感器通常采用電阻應變橋來檢測轉矩信號，并采用導電滑環來耦合電源輸入及應變信號輸出。 由于導電滑環屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損和發熱，這樣不但限制了旋轉軸的轉速及導電滑環的使用壽命，同時由于接觸不可靠， 也不可避免地會引起測量信號的波動及誤差的增加。因此， 如何在旋轉軸上進行能源及信號的可靠耦合已成為轉矩傳感器最棘手的問題。 而JN388數字式轉矩轉速傳感器則巧妙地解決了這個問題。 JN338是北京三晶創業集團公司的產品。該傳感器采用兩組特殊環形旋轉變壓器來實現能源的輸入及轉矩信號的輸出，從而解決了旋轉動力傳遞系統中能源及信號可靠地在旋轉部分與靜止部分之間的傳遞問

41、題。該傳感器還可同時實現旋轉軸轉速的測量，從而可方便地計算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實現轉矩，轉速及軸功率的多參數輸出。根據驅動電機和加載電機的額定轉速和系統測量精度要求，選擇輸入端的傳感器型號為JN338A，額定轉矩，選擇輸出端傳感器型號為JN338A，額定轉矩.規格如表四表四JN338A結構安裝圖如圖4.1所示：4.1 JN338A結構安裝圖安裝方法：1. 測量傳感器的軸徑和中心高，待裝。2. 使用兩組聯軸器，將傳感器安裝在動力設備與負載之間。3. 分別調整動力設備、負載、傳感器的中心高和同軸度，要求小于0.05mm，然后將其固定，并緊固可靠，不允許有松動。小量程或高轉速傳感器使用

42、時，更要嚴格保證連接的中心高和同軸度。否則可能造成測量誤差及傳感器的損壞。4. 傳感器可選用剛性或彈性聯軸器連接。在震動較大、同軸度小于0.2mm大于0.05mm時，建議選用彈性聯軸器，安裝同軸度超過0.2mm時，嚴禁使用。5. 安裝底臺面應有一定強度，以保證安裝的穩定性，避免造成過大的震動，否則可能造成測量數據不穩定，影響測量精度。 6. 聯軸器應緊靠傳感器兩端的軸肩安裝。7. 標準傳感器不論采用水平或垂直安裝使用，傳感器不允許承受過大的軸向力、彎矩，否則影響傳感器的使用，甚至造成傳感器的損壞。本變速器試驗臺選擇的JN338A傳感器的技術要求：1、應變計動態應變波的響應時間：3.210-6S

43、 2、零轉矩頻率輸出：10KHz 3、正向轉矩滿量程頻率輸出：15KHz 4、反向轉矩滿量程頻率輸出：5 KHz 5、 轉速輸出信號（光電碼盤式）：60-120個脈沖/轉 6、 轉速輸出信號（旋轉編碼器式）： 900-2000個脈沖/轉 7、傳感器信號輸出：方波信號、幅值為5V、負載電流15mA8、測量精度 0.1級JN338A傳感器外形圖如圖4.2所示： 4.2 JN338A傳感器外形圖因為傳感器輸出的是頻率信號，要將傳感器的頻率信號輸入到數據采集卡，需要將頻率信號轉換為電壓信號，因而要選擇一款與之匹配的頻率電壓轉換器JN338F/V。頻率電壓轉換器JN338F/V的技術參數: 供電電源：1

44、2V，誤差0.4V， 電源耗散功率：小于1W 轉換精度：0.1級 信號輸入：光電隔離，同JN338C傳感器配套使用。 F/V信號輸出： 0-5V，5V,0-10V, 10V(任選) F/I信號輸出：4-20mA 響應時間：100mS 使用環境：溫度為-20-60,濕度為0-90%RH，無腐蝕性氣體等 外形尺寸(mm)：95 X 80 X 25 安裝方式：標準（EN 50022）15mm或35mm DIN導軌安裝。頻率電壓轉換器JN338F/V外形圖如圖4.3所示：圖4.3 頻率電壓轉換器JN338F/V外形圖傳感器與轉換器接線圖如圖4.4所示：圖4.4 傳感器與轉換器接線圖 圖中頻率電壓轉換器

45、JN338F/V的1號接口接傳感器轉速輸出接口，3號接口接傳感器的轉矩輸出接口。4.3數據采集卡的選型 傳感器的輸出信號為六路，傳感器最大輸出頻率為15KHZ，精度要求為0.1級，所以該變速器試驗臺數據采集卡應滿足一下要求:1、 采集信號輸入端應大于六路信號；2、 采集頻率應大于3-5的傳感器輸出頻率；3、 精度要求轉換位數12位；4、 價格合理。 根據上述選擇數據采集卡為研華PCI1712，它是一種功能強大的高速多功能PCI總線數據采集卡，它有1M轉換速度的12為A/D轉換器，卡上帶有FIFO緩沖器。其特點是：1、 PCI總線數據輸入；2、 16路單端模擬量輸入；3、 12位A/D轉換器，采

46、樣速率可達1MHz；4、 模擬量輸入通道的數據采集出發模式可使用預觸發、后觸發、匹配觸發和延時觸發。5、 每個模擬量輸入通道的增益可編程。6、 兩路12位模擬輸入通道，可連續輸出波形。7、 模擬輸入通道和輸出通道自動校核。8、 卡上帶有用于A/D采樣的1KFIFO和用于D/A輸出的32KFIFOPCI1712數據采集卡的規格：PCI數據采集卡的管腳定義如圖4.5所示：圖4.5 管腳定義4.4 數據采集系統接線圖 通過對轉速轉矩傳感器，轉換模塊和數據采集的選型，繪制出數據采集系統的接線圖，如圖4.6所示：圖4.6 數據采集系統接線圖本試驗臺測量變速器轉速轉矩流程圖如圖4.7所示：5 結論 本實驗

47、臺設計通過對各個硬件部分的工作原理的分析，針對試驗臺實際測量的需要，對試驗臺各個系統的硬件控制系統進行了設計。 第一章緒論主要為課題研究的目的和意義，通過對國內外變速器試驗臺的發展現狀和發展趨勢的了解，明確了本課題研究的目的：設計出高精度，高穩定性，滿足試驗臺測試需求的汽車變速器試驗臺控制系統。第2章 為汽車變速器試驗臺總體方案，通過對三種試驗臺：開環試驗臺、機械封閉試驗臺、常規電封閉試驗臺的各自原理及優缺點的分析，為節省能量，選擇了電封閉試驗臺，這種試驗臺擁有能量反饋功能，能夠使能量得到循環利用。之后又對變速器試驗臺的結構組成和控制系統結構組成做設計，最終完成了系統方案框圖的繪制和試驗臺數據

48、采集系統框圖的繪制。第3章 對變速器試驗臺的電機控制系統進行了設計，通過選擇驅動電機，負載電機，變頻器等，了解清楚器性能和結構后，對電機控制的電氣原理圖進行了繪制。 第四章對數據采集系統的硬件系統進行了選型和系統接線圖的設計，最終完成了接線圖的繪制。致 謝 在重慶理工大學四年的大學生活轉眼間已進入了尾聲，雖然是短短四年的學習生活，但這里的每一個人，每一處風景都給我留下了深刻的印象，在即將離開的時刻，心里既有留戀，還有期盼。這篇論文，為我的大學學習劃上了一個句號，希望也是一個新的起點。今天，在即將離開學校、踏上工作崗位的時刻，我唯愿將滿懷的激動化作感激，獻給在這段歷程中推動和扶助我前行的每一位師

49、長和親朋。本課題在選題及研究過程中得到袁冬梅老師的悉心指導。袁老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。袁老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給以終生受益無窮之道。對袁老師的感激之情是無法用言語表達的。感謝我的室友們，從遙遠的家來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，沒有發生上大學前所擔心的任何不開心的事情。只是今后大家就難得再聚了，沒關系，各奔前程，大家珍重。我們在一起的日子，我會記一輩子的。在

50、論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！參考文獻【1】 余志生。汽車理論。2001年 北京 機械工業出版社【2】 陳家瑞。汽車構造（下）。2001年 北京 人民交通出版社【3】 鄧星中。機電傳動控制（第三版）。2001年 武漢 華中科技大學出版社【4】 中國石油天然氣總公司裝配局。 變頻調速應用技術。1992年 石油工業出版社【5】 黃立培。變頻應用技術及電動機調速。1998年 人民郵電出版社【6】 李方圓。 變頻器應用與維護。2009年 中國電力出版社【7】 馮垛生，張淼。變頻器的應用與維護。2003年 華南理工大學出版社【8】 王雪艷，黃小龍。機械傳動試驗臺的研究與應用【J】，實驗技術與管理，2004,6【9】 朱瑩，李文才。機械傳動試驗臺的數字控制技術【J】，測量技術，2005，2【10】 許紅平，應富強。機械傳動系統多功能試驗臺的設計研究【J】。機電工程。2003,3【11】 田微，變頻電源能量回饋控制的研究與設計。【學位論文】。武漢理工大學，2006【12】 柳鵬。數字式能量回饋系統的研究。【學位淪為】。武漢理工大