设计简介
摘 要
汽车传动系作为汽车动力传动系统中的关键部件，主要由发动机、离合器、变速器、传动轴和驱动桥组成。为确保汽车的安全行驶，必须对汽车传动系零部件的冲击性能指标进行全面检测。汽车传动系冲击性能实验台的意义，在于全面、准确地测试传动系总成零件的耐冲击性及其相关特性，为驾驶员安全提供保障，为生产厂家提高产品质量。
实验中首先对汽车传动系的载荷进行分析，确定影响汽车传动系扭转冲击载荷的主要因素，结合突然接合离合器起步和不分离离合器紧急制动两个典型工况分析传动系冲击载荷情况。
通过对实验台模拟的典型工况及传动系的结构分析，确定实验台机械结构，并设计实验台控制系统。实验台的控制与监测系统采用PC+数据采集卡+PLC联合控制方式。PC作为上位机，PLC作为下位机，实现了系统的动作控制、监控和数据处理。
通过分析实验台控制系统的各组成环节，建立了控制系统的数学模型并进行了性能分析。将模糊控制与PID控制结合起来，提出了一种基于模糊参数自整定PID控制算法。仿真分析表明，设计的方法相对于传统PID法响应速度快，稳态精度和跟随精度高，有较好的鲁棒性。
基于LabVIEW技术，设计了双闭环汽车传动系冲击性能检测系统，实现了系统的数据采集、数据处理、数据库管理等功能。实验结果表明，控制与检测系统的各项性能指标达到了设计要求。
关键词：传动系；冲击性能实验台；控制系统；PID控制；LabVIEW
Abstract
Automobile power train is the important component of automobile dynamic transmission automobile power-transmission system，including engine、clutch、transmission、transmission shaft and drive axle. In order to ensure the security of automobile driving, it is important to test the impacting durability performance index of automobile power train components. The automobile power train impacting performance test rig durability test rig is the test equipment to test power train performance, which can comprehensively and exactly test the impacting performance and relative characteristic of power train components，which provide security for the driverand improve product quality for manufacturers.
In order to stimulate real running conditions of automobile power train, Firstly the load characteristic of auto power train is analyzed. Confirming major factors effected impacting torque of automobile power train are running conditions of sudden jointing clutch start and no separating clutch emergency brake.
Through the test-bed to simulate the working conditions and the of power train structure analysis, to determine the mechanical structure of the principle, and test control system components required to control workpiece.The controlling and testing system control the test rig by personal computer allying with data collection board and program logical controller. PC is as host computer, and PLC is as slave system. It has achieved the action controlling, monitoring and data dealing.
Through analyzing all parts of test rig controlling system, mathematical models of controlling system are built. Based on PID controlling can’t satisfy the request of controlling, in order to adapt test rig’ inertia quality system and test environment changes, a new algorithm based on a parameter self-adjusting fuzzy PID is provided. The results of simulating are proved that the new algorithm has quickly speed response, high steady-state accuracy and high track accuracy to traditional PID method. It has good robust to model parameter changing.
The software of the system of test rig is built on the base of LabVIEW. The data is collected and analyzed by the software. It finished the data collecting and dealing. And the man-machine was built. The result is proved that the performance index of controlling system achieves to test rig designing demand.
Key word: Power train；Impact properties test rig；Control System； PID control； LabVIEW
目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪 论 1
1.1开发汽车传动系冲击性能实验台的重要意义 1
1.2国内外汽车传动系冲击性能实验台的开发现状及技术水平 1
1.2.1国内的研究现状 2
1.2.2 国外的研究现状 2
1.3 本论文的主要设计内容 2
1.4 技术指标 2
2汽车传动系冲击性能实验台的工作原理及总体设计 4
2.1实验台基本结构原理 4
2.2实验台的总体设计 4
2.2.1设计过程中需要解决的问题 4
2.2.2实验台机械结构部分整体设计 4
2.2.3实验台控制系统部分的整体设计 5
3实验台机械结构部分的设计 6
3.1实验台实验过程 6
3.2实验台机械部分使用要求 6
3.3实验台机械结构部分的设计 6
3.3.1实验台机械结构部分方案确定及组成 7
3.3.2动力部分 7
3.3.3惯性飞轮组部分 9
3.3.4扭矩传感器部分 11
3.3.5联轴器部分 11
3.3.6驱动桥支撑和调整结构 11
4汽车传动系冲击性能实验台控制系统设计 13
4.1实验台过程分析 13
4.2实验台控制系统的机构及其功能 13
4.3实验台在两种工况下的控制系统过程分析 14
4.3.1突然接合离合器工况的控制过程分析 14
4.3.2紧急制动工况下控制过程分析 15
4.4可编程控制的概述 15
4.4.1可编程控制器的产生与发展 15
4.4.2可编程控制器的定义 17
4.4.3可编程控制器的特点 17
4.4.4可编程控制器的应用 18
4.4.5可编程控制器的组成 18
4.5实验台控制系统主要硬件的选取 20
4.5.1直流调速系统的选择 20
4.5.2 PLC选取及其开关量控制 20
4.5.3 工业控制计算（PC）的选择 21
4.5.4 数据采集卡 21
4.5.5 传感器 22
4.5.6 系统软件 22
5实验台测控系统建模及性能分析 24
5.1 实验台控制系统建模 24
5.1.1直流电动机与惯性飞轮组系统 24
5.1.2 可控硅整流装置 28
5.1.3速度控制器和电流控制器建模 29
5.1.4电流、转速PID双闭环控制系统的动态性能指标分析 34
5.2电流控制器、转速控制器系统在Simulink环境下性能仿真分析 36
6系统软件设计及实验验证 40
6.1 LabVIEW简介 40
6.2软件开发体系与结构 40
6.3 操作系统的人机界面 45
6.4实验结果 47
结 论 49
致 谢 50
参考文献 51
汽车传动系作为汽车动力传动系统中的关键部件，主要由发动机、离合器、变速器、传动轴和驱动桥组成。为确保汽车的安全行驶，必须对汽车传动系零部件的冲击性能指标进行全面检测。汽车传动系冲击性能实验台的意义，在于全面、准确地测试传动系总成零件的耐冲击性及其相关特性，为驾驶员安全提供保障，为生产厂家提高产品质量。
实验中首先对汽车传动系的载荷进行分析，确定影响汽车传动系扭转冲击载荷的主要因素，结合突然接合离合器起步和不分离离合器紧急制动两个典型工况分析传动系冲击载荷情况。
通过对实验台模拟的典型工况及传动系的结构分析，确定实验台机械结构，并设计实验台控制系统。实验台的控制与监测系统采用PC+数据采集卡+PLC联合控制方式。PC作为上位机，PLC作为下位机，实现了系统的动作控制、监控和数据处理。
通过分析实验台控制系统的各组成环节，建立了控制系统的数学模型并进行了性能分析。将模糊控制与PID控制结合起来，提出了一种基于模糊参数自整定PID控制算法。仿真分析表明，设计的方法相对于传统PID法响应速度快，稳态精度和跟随精度高，有较好的鲁棒性。
基于LabVIEW技术，设计了双闭环汽车传动系冲击性能检测系统，实现了系统的数据采集、数据处理、数据库管理等功能。实验结果表明，控制与检测系统的各项性能指标达到了设计要求。
关键词：传动系；冲击性能实验台；控制系统；PID控制；LabVIEW
Abstract
Automobile power train is the important component of automobile dynamic transmission automobile power-transmission system，including engine、clutch、transmission、transmission shaft and drive axle. In order to ensure the security of automobile driving, it is important to test the impacting durability performance index of automobile power train components. The automobile power train impacting performance test rig durability test rig is the test equipment to test power train performance, which can comprehensively and exactly test the impacting performance and relative characteristic of power train components，which provide security for the driverand improve product quality for manufacturers.
In order to stimulate real running conditions of automobile power train, Firstly the load characteristic of auto power train is analyzed. Confirming major factors effected impacting torque of automobile power train are running conditions of sudden jointing clutch start and no separating clutch emergency brake.
Through the test-bed to simulate the working conditions and the of power train structure analysis, to determine the mechanical structure of the principle, and test control system components required to control workpiece.The controlling and testing system control the test rig by personal computer allying with data collection board and program logical controller. PC is as host computer, and PLC is as slave system. It has achieved the action controlling, monitoring and data dealing.
Through analyzing all parts of test rig controlling system, mathematical models of controlling system are built. Based on PID controlling can’t satisfy the request of controlling, in order to adapt test rig’ inertia quality system and test environment changes, a new algorithm based on a parameter self-adjusting fuzzy PID is provided. The results of simulating are proved that the new algorithm has quickly speed response, high steady-state accuracy and high track accuracy to traditional PID method. It has good robust to model parameter changing.
The software of the system of test rig is built on the base of LabVIEW. The data is collected and analyzed by the software. It finished the data collecting and dealing. And the man-machine was built. The result is proved that the performance index of controlling system achieves to test rig designing demand.
Key word: Power train；Impact properties test rig；Control System； PID control； LabVIEW
目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪 论 1
1.1开发汽车传动系冲击性能实验台的重要意义 1
1.2国内外汽车传动系冲击性能实验台的开发现状及技术水平 1
1.2.1国内的研究现状 2
1.2.2 国外的研究现状 2
1.3 本论文的主要设计内容 2
1.4 技术指标 2
2汽车传动系冲击性能实验台的工作原理及总体设计 4
2.1实验台基本结构原理 4
2.2实验台的总体设计 4
2.2.1设计过程中需要解决的问题 4
2.2.2实验台机械结构部分整体设计 4
2.2.3实验台控制系统部分的整体设计 5
3实验台机械结构部分的设计 6
3.1实验台实验过程 6
3.2实验台机械部分使用要求 6
3.3实验台机械结构部分的设计 6
3.3.1实验台机械结构部分方案确定及组成 7
3.3.2动力部分 7
3.3.3惯性飞轮组部分 9
3.3.4扭矩传感器部分 11
3.3.5联轴器部分 11
3.3.6驱动桥支撑和调整结构 11
4汽车传动系冲击性能实验台控制系统设计 13
4.1实验台过程分析 13
4.2实验台控制系统的机构及其功能 13
4.3实验台在两种工况下的控制系统过程分析 14
4.3.1突然接合离合器工况的控制过程分析 14
4.3.2紧急制动工况下控制过程分析 15
4.4可编程控制的概述 15
4.4.1可编程控制器的产生与发展 15
4.4.2可编程控制器的定义 17
4.4.3可编程控制器的特点 17
4.4.4可编程控制器的应用 18
4.4.5可编程控制器的组成 18
4.5实验台控制系统主要硬件的选取 20
4.5.1直流调速系统的选择 20
4.5.2 PLC选取及其开关量控制 20
4.5.3 工业控制计算（PC）的选择 21
4.5.4 数据采集卡 21
4.5.5 传感器 22
4.5.6 系统软件 22
5实验台测控系统建模及性能分析 24
5.1 实验台控制系统建模 24
5.1.1直流电动机与惯性飞轮组系统 24
5.1.2 可控硅整流装置 28
5.1.3速度控制器和电流控制器建模 29
5.1.4电流、转速PID双闭环控制系统的动态性能指标分析 34
5.2电流控制器、转速控制器系统在Simulink环境下性能仿真分析 36
6系统软件设计及实验验证 40
6.1 LabVIEW简介 40
6.2软件开发体系与结构 40
6.3 操作系统的人机界面 45
6.4实验结果 47
结 论 49
致 谢 50
参考文献 51
