基于LabVIEW的湿式双离合自动变速器功能测试系统

肖腾飞

（东风格特拉克汽车变速器有限公司产品研发部，武汉 430056）

1 前言

随着对双离合变速器（DCT）研究的深入，对湿式双离合变速器的试验验证提出了更高的要求[1-2]。目前，国内变速器功能测试系统能够适应一定类型变速器的测试，但是无法满足不同类型变速器在极端试验条件下的功能测试，因此建立一套多功能、高效、稳定并且满足极端试验工况的变速器功能测试系统成为急需解决的问题[3]。为此，本文基于国内ES50手动变速器功能试验台架，利用LabVIEW开发出能够满足当今各型变速器功能试验的测试系统。

2 系统设计

国内ES50手动变速器功能测试系统硬件结构如图1所示。该系统能够动态模拟变速器在整车行驶中的自动倾斜（左/右转弯）和自动旋转(上/下坡、加/减速)控制功能，但是该试验台存在以下不足：

a.自动化测试程度低，无法通过编制程序来满足复杂测试工况下的试验，如湿式双离合器驱动泵CAP和冷却泵CCP性能验证试验，以及湿式双离合变速器的通气塞功能试验等；

b.通用性不强，无法提供针对双离合变速器自动换挡的接口；

c.操作较复杂，不利于自动化测试的需要；

d.系统扩展差，无法满足现阶段对诸如温度、压力、振动等信号的监测要求。

针对以上不足，结合实际运用，设计了基于LabVIEW的自动测试系统，选择了目前主流的虚拟仪器测试工具，并结合了现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）技术。

图1 ES50手动变速器测试系统硬件结构

2.1 系统硬件设计

基于LabVIEW的测试系统硬件结构如图2所示。该测试系统采用了NI公司的PXIe-1078型测试平台[4]，PXI是一种由NI公司发布的基于PC的测量和自动化平台，结合了PCI电气总线特性，适用于试验、测量与数据采集等应用场合。

图2 基于LabVIEW的测试系统硬件结构

为保证测试系统对变速器信号的实时监控与采集，并实时传送到测试系统，在台架执行机构安装了c-RIO远程采集模块。c-RIO模块选择MeasX公司的工业级专业远程采集模块，支持RS232、RS485通信模式。该模块有16路BNC连接接口，16路K型热电偶接口和2路高速CAN接口，能够满足在实际使用中对温度、压力及振动等信号的监测要求。该模块集成了信号采集、信号调理、AD转换等功能，能够直接将变速器监测信号转换为计算机处理信号。并且该模块通过以太网线与系统相连接，同时利用FPGA技术将系统主机与c-RIO设备结合起来构建成异向架构，实现系统对I/O设备的实时监控，并在系统软件中实现LabVIEW可编程化，LabVIEW系统硬件构成如图3所示。

图3 LabVIEW系统硬件构成

2.2 系统软件设计

变速器功能测试系统的软件利用NI公司推出的基于图形化编程语言的开发工具LabVIEW，采用了面向对象的方法和概念进行系统开发。在该测试系统中，利用FPGA技术实现对各种模块化I/O及实时计算单元的监测与控制，将图形化程序框图转换为数字硬件电路[5-6]。整个测试系统采用模块化的编程思路，根据实现功能的不同可划分为若干个子模块，针对不同的变速器及不同的客户可选择相应的测试功能。

该测试系统软件分为5个子系统，分别为编制测试程序、配置I/O参数子系统、控制台架子系统、安全子系统及问题记录子系统，如图4所示。在测试系统初始化后，可选择MT、干式DCT及湿式DCT 3种参数配置模式进行功能测试，测试系统软件流程如图5所示，该自动测试系统中预留了手动操作模式，方便用户进行手动测试。

图4 基于LabVIEW的测试系统软件组成框图

3 系统测试验证

以某型在研湿式7速DCT为例，利用测试系统对该型变速器进行离合器驱动泵和冷却泵性能测试，检测该变速器在整车各种极端行驶条件下，其离合器驱动泵是否具有稳定的压力和离合器冷却泵是否具有稳定的流量[7-8]。表1为在某温度工况下该型变速器测试工况矩阵。表1中，“0”表示变速器在台架上置于水平安装位置，即在实际路况中既不转弯也不上、下坡；“+”及“-”表示台架倾斜或旋转，即模拟变速器在整车实际运行中的上、下坡（加、减速）和左、右转弯工况，系统实际运行效果如图6和图7所示。

表1 某温度工况下测试验证矩阵

图6 测试系统模拟整车上、下坡（加、减速）行驶示意

由于试验中需监测变速器油液在经过离合器冷却泵前后的压力，因而在测试前通过c-RIO系统集成2个压力传感器与1个油温传感器。图8和图9为在某温度及固定挡位工况下的运行结果，图8的结果反映了在特定温度及模拟整车动态转弯行驶条件下，发动机转速与拖拽扭矩对应的关系；图9则体现了在特定温度及模拟整车动态转弯行驶条件下，变速器油液经过湿式离合器冷却泵前后压力的对比关系，可反映出在该测试条件下是否存在空气吸入离合器冷却泵进而导致湿式离合器无法有效冷却的问题。

图7 测试系统模拟整车转弯行驶示意

图8 低温工况下测试系统模拟转弯工况下扭矩转速结果

该测试系统解决了原有测试系统不能动态控制变速器的换挡、不能动态调整变速器倾斜/旋转角的问题，克服了原有测试系统无法有效监测诸如压力、温度等信号的不足，进而提高了测试效率。

图9 系统输入转速与离合器冷却泵前后压力曲线

4 结束语

本文构建了一个基于LabVIEW的变速器功能测试系统，该系统能够对湿式双离合变速器进行功能设计验证测试，同时由于该系统采用模块化的设计思路及FP⁃GA技术对I/O接口实时监控，具有灵活性和可扩展性。通过实际测试验证表明，该系统运行良好，人机交互界面友好，自动化程度较高，为汽车动力总成台架测试领域的系统设计与应用起到了一定的借鉴作用。

[1]王望予.汽车设计[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2]王志新.双离合自动变速器（DCT）解析 [J].甘肃科技，2008,24(10)：60-61.

[3]（德）瑙海姆，等著,宋进桂，等译.汽车变速器理论基础、选择、设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2014.

[4]孙仲立.基于LabVIEW的EMT变速器试验台架的研究[D].武汉：武汉理工大学,2012.

[5]龚立雄,程双胜，等.基于虚拟仪器的小型柴油发电机组测控系统研究[J].船电技术，2010,30(2)：50-52.

[6]许可.基于LabVIEW的变速器振动测试分析系统[J].北京：微计算机信息（测控自动化），2009，28(12-1)：67-68.

[7]许晓红.AMT汽车离合器自动控制系统的研制[D].苏州:苏州大学,2008.

[8]牛铭奎.干式DCT离合器温度模型及其灰色预测控制研究[D].吉林:吉林大学博士学位论文，2008.