汽车离合器试验台扭矩转速数据采集系统

张兴源，李玉煌

(1.重庆电子工程职业学院，重庆 401331；2.重庆理工大学，重庆 400054)

前言

汽车离合器是汽车的重要组成部分，是控制汽车的启动、停止、变速和换向等功能的核心零件。为了对汽车离合器的工作可靠性和使用寿命进行了解和分析，因此衍生出了汽车干摩擦式离合器综合性能试验台。该试验台架能够模拟汽车在起步工况下，测量和记录离合器接合过程中的摩擦力矩，主、从动部分转速以及摩擦表面温度随时间的变化等一系列关键参数。试验设备及测量记录装置原理简图如图1所示。

图1 离合器试验台原理简图

为了分析机械设备所传递的摩擦力矩和主、从动部分的转速，开发设计了扭矩转速数据采集系统，本文对该系统的设计进行简要阐述。

1 数据采集系统硬件构成

信号检测的基本任务是获取有用的信息，是人类认识客观世界的手段。在机械设备运行过程中，涉及到根据检测对象选择合适的传感器、信号调理、采样、信号处理及检测系统等诸多因素。通常情况下一个完整的信号测试系统一般由四部分构成——原始信号、信号调理电路、数据采集设备和计算机。如图2所示。

图2 数据采集系统基本组成

由于现实生活中大多数的原始信号不能直接测量，所以，我们需要利用传感器将这部分原始信号转换为数采设备能够读取的电压或电流信号。而且，之所以需要利用信号调理设备对部分电信号进行放大、滤波、隔离等处理措施，是因为某些输入的电信号不便于直接测量，进而影响测量精度。

2 试验台传感器选择

图3 GIF F1is-3848扭矩传感器

F1is 系列扭矩传感器包含一个由极低滞后性钢材料制作的测理单体。测量段的扭转通过应变片感知,转换成电压信号，然后以非接触的方式通过调制红外线发送到定子上。F1扭矩传感器主频率为60kHz。对±额定扭矩波段为±20kHz。由温度引起的漂移通过实时的温度补偿使之最小。一个特殊布置的磁性传感器提供两组组位相差90°，1024脉冲/转的转速信号，最大频率为250 kHz。F1扭矩传感器对污染和变形不敏感。

其中F1is-3848扭矩传感器技术参数如表1所示。

表1 F1is-3848的技术参数

F1is-3848扭矩传感器的重要技术参数有：

●非接触式扭矩传感器法兰连接(通过红外线传输信号)

●定子内置信号处理单元

●高过载能力

●主动式温度补偿可以减小温度产生零点的漂移

●综合精度0.1(可选0.05)

城市是一个永远没有完结的工地，其中的发展变化个人无法预料。2017年3月，二哥居住的小区成为政府规划重点拆迁对象，不到10年且逐渐完善的大面积生活区必须尽快夷为平地，执行总体布局。二哥没有费太多的麻烦与等待，按政府要求第一批签约腾了房，有了暂住房。

●齿轮齿式速度编码器60ppr

●磁式速度编码器1024ppr(选项)

●结构设计紧凑

●可配合228型和587型万向轴连接

●特征值变送

●最大速度25000rpm

●最大值达2500Nm中的任一扭矩值

3 数据采集设备

在该离合器试验台扭矩转速数据采集系统中选用美国的NI 9205采集卡作为数据采集设备。NI 9205是一个C系列模块，与NI CompactDAQ和CompactRIO机箱配合使用。NI 9205的输入通道和COM之间还具有高达60 V的过压保护。

图4 NI 9205

NI 9205技术参数如下：

●32路单端或16路差分模拟输入

●16位分辨率；250 kS/s总采样速率

●±200 mV、±1、±5和±10 V可编程输入范围

●热插拔操作;过压保护;隔离;可溯源至NIST的校准

●工作温度范围:-40°C到70°C

●弹簧端子或D-Sub连接

NI 9205的各通道共用一个公共地，该公共地与系统中的其他模块相隔离。所有通道的输入信号经多路复用器，接入公用的可编程仪表放大器，然后送入模数转换器。每个通道均具有±30V过压保护功能。

4 计算机及应用软件

在很多试验操作中通常采用软硬件结合的方式实现试验目的。

虚拟仪器(virtual instrument)是在计算机的基础上衍生出来的仪器，它属于软硬件结合的产物。通常情况下这种结合有两种方式，一种是将计算机嵌入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。另一种方式刚好相反，它是将仪器嵌入计算机，以基于通用的计算机硬件及操作系统，实现各种仪器功能。

在该离合器试验台扭矩转速数据采集系统中，使用的应用软件是实验室自己开发的软件，它可以对采集的数据进行适时记录和分析，具有可视化界面动态显示等各种功能。

5 结论

以上对离合器试验台扭矩转速数据采集系统简单做了简单介绍，该系统可以较方便的对传感器输出的信号进行动态的显示、处理、分析以及数据保存。该系统的设计过程中扭矩速度传感器的选择对最终的正确显示有着非常大的影响，特别是在传感器的选择过程中对其适用环境类型、灵敏度、频率响应特性、线性范围、稳定性以及精度等参数要结合实际情况综合考虑。