汽车离合器从动盘拖曳分离测试机软件设计论文

【摘要】为了满足汽车离合器从动盘拖曳分离测试机控制与检测的性能要求，采用VC++作为开发平台，设计了汽车离合器从动盘拖曳分离测试机控制与检测软件。软件由数据采集、数据处理、控制模块组成。充分利用MSVC与操作系统的特性及VC++可视化编程的优点，设计的软件完成了对测试机位置、压力、转矩、角度和测试状态的信号采集，实现了对数据的显示、分析、存储、回放和测试机的实时控制与人机交互。实际应用结果表明软件操作界面友好、灵活、简单，达到了设计要求，实现了扭矩、位移的高精度测试。

关键词：汽车；离合器从动盘；测试机；控制与检测；软件设计

1引言

离合器从动盘是汽车传动系中的重要传动部件，从动盘拖曳力矩、拖曳行程是从动盘的主要性能指标[1]。根据离合器行业标准，从动盘总成在出厂前必须经过拖曳分离测试。汽车离合器从动盘拖曳分离测试机的软件设计是汽车离合器从动盘拖曳分离测试机的重要组成部分。测试机软件的各项功能之间既相互独立又相互依赖，这就给程序的设计带来一定的难度。软件一方面要充分表达各模块的功能；另一方面还要在相对独立的基础上建立彼此功能上的交互关系。设计软件需要有良好的人机交互界面，使用户在使用过程中能得心应手[2]。VC++是在Windows平台下构建的强大而又复杂的开发工具，支持面向对象程序设计的方法，是目前世界上使用最多的开发工具之一[3]。

利用VC++设计的汽车离合器从动盘拖曳分离测试机由机械台架、硬件部分、软件部分组成。机械台架是实现从动盘检测的台架基础；硬件部分是实现各种传感器的数据采集及控制测试机进行动作的硬件基础；软件部分进行数据采集、数据处理、分析和显示，完成试验动作的`控制。测试机软件设计包括数据采集、数据处理和控制模块的设计。采用VC++作为开发平台，充分利用MSVC与操作系统的特性[4]，开发了测试机的软件，实现了对测试机位置、压力、转矩、角度和测试状态的信号采集及数据的分析、显示、存储与测试机的实时控制。

2汽车离合器从动盘测试机硬件结构与工作原理

汽车离合器从动盘拖曳分离测试机要准确快速的控制位移和力矩，同时实时采集位移、力矩和压力信号，对系统的实时性能要求较高。结合测试机实际工况，采用研华工控机作为上位机，三菱PLC作为下位机。测试机控制与检测的硬件系统主要由工控机、PCI_OMCE505数据采集卡和PLC以及压力传感器、位移传感器、扭矩传感器、伺服驱动器和伺服电机等器件构成。硬件结构示意图，如图1所示。

工控机是信息处理的中心，能够提供良好的人机界面，用来编写和存储试验的程序。每次试验时，工控机读取加载程序，实现试验过程的实时控制，通过I/O板通信将命令发送给PLC，PLC通过与工控机的通信控制伺服电机和力矩电机，使这些设备按照试验要求进行动作。同时，PLC将相关信号传递给工控机，工控机将所得数据运算后，再发出指令，从而控制两个电机。位移传感器、压力传感器和力矩传感器采集的数据通过数据采集卡传递给工控机，工控机对试验数据—扭矩传感器的扭矩信号、位移传感器的位移信号等进行处理，并将试验数据以曲线形式实时输出，完成试验。

3软件总体框架设计

汽车离合器从动盘拖曳分离测试机软件设计是采用VC++开发的，通过数据采集卡采集、显示、分析、存储数据并传入工控机，工控机最终控制电机完成试验要求的动作。软件总体框架，如图2所示。

4数据采集模块程序设计

4.1传感器标定为了保证测量精度，在使用前需要对传感器进行标定，传感器的标定就是通过试验确立传感器的输入量与输出量之间的关系，并确定出不同使用条件下的误差关系或测量精度[5]。利用已知的标准值输入到待标定的传感器中，传感器得到相应的输出量，将输出量与输入的标准量绘制成曲线即得标定曲线。

压力传感器标定，如图3所示。在压力传感器未加力值的情况下，将之调零，然后将力值加载至满量程（如满量程为20kN，则加载至20kN），在“分辨率”内输入相应的数值，用鼠标单击“输入”（如理想值为15kN，实际测量值为13kN，当前分辨率为20000，则新的分辨率应该为（13/15）*20000），使“试验力（N）”数值与标称值一致，之后完全卸载。再次将力值调零，然后加载至满量程，如果测量值和标称值一致，则完全卸载，再按保存按钮，标定结束，否则重复前面步骤，直到测量值和实际值一致，标定完成。

4.2传感器信号采集程序设计

接通电气控制柜电源，启动控制软件并自动进入“拖曳检测机”程序，此时屏幕将显示“测试系统”主界面，设计主界面内相关内容有：菜单部分、工具条部分、控制条部分、测试条部分、显示窗口等。“文件”菜单中的选项包括对文件进行读取、保存以及对试验结果的打印、打印预览和退出测试系统等操作。测试条显示负荷（kN）、扭矩（N·m）、位移（mm）、角度的测量值，鼠标单击“调零”按钮，即可对相应的测量值进行调零。数据采集部分代码程序（略）。

4.3软件滤波

除硬件的可靠性设计外，软件的抗干扰措施也是防止和消除整个测试系统故障、提高软件运行可靠性的重要途径。为了提高信号的精度，在软件中使用卡尔曼滤波方法去除干扰[6]。卡尔曼滤波是在时域内实现最优的递推滤波方法。

卡尔曼滤波所需数据存储量较小，便于用计算机进行实时处理，非常适合于在计算机上实现。为了消除采集信号中的杂波成分，在实时采集信号波形输入显示控件前进行卡尔曼滤波，将混有噪声的信号进行滤波，消除噪声，获得精确的实际信号。

5数据处理及控制模块设计

5.1实时显示与存储对传感器信号进行连续实时采集，需要控制数据采集卡连续采集数据，并配以实时的时间轴以进行同步显示[7]。实时采集位置、压力、转矩、角度和试验机状态信号。

在“测试系统”界面内的工具栏选择“设置”菜单选项，打开设置界面，选取“自动存储设置”选项，设置自动存储的文件名及路径，选中“自动存储”，当试验结束后，控制程序自动按输入的路径，输入的文件名+时间存储，试验测试操作界面，如图4所示。

5.2数据回放在存入数据库的大量数据中，可以根据需要选择特定时间再动态的回放所存储的数据。信号回放时，根据用户要求的不同可以任意选择回放数据的起始位置和结束位置。在编辑框中输入回放开始时间、结束时间，通过结构化查询数据库即可实现动态图形绘制，真实再现当时的工作状态。在数据存储过程中，可利用静态回放将实时绘制的图形保存为BMP图像文件，因此可以利用Web浏览器直接查看已保存的图像。

5.3数据分析

用鼠标单击测试系统主界面中的“显示结果”菜单项，之后程序将在主窗口显示本测试的规定值、测量值和试验结果，试验测试操作界面，如图5所示。其规定值为0。5N，由测试结果曲线可以看出测试值为0。23N，根据试验要求：检验的汽车离合器从动盘在0。5N之内都是合格产品，得出这个从动盘的拖曳力矩指标的测试结果是合格的。

5.4控制模块设计

控制器在程序中实时采集位移和压力信号，信号在经过处理后，对位移及力矩数据进行计算，完成卡尔曼滤波和复合滑模控制计算，根据计算结果设置好试验参数，把位置、转矩控制指令代码发送给PLC，然后PLC利用获得的数据来驱动伺服驱动器，伺服驱动器控制位移电机及力矩电机按照试验要求，完成位移和转矩的控制，实现试验所要求的动作。

6结论

利用VC++程序语言完成了汽车离合器从动盘拖曳分离测试机控制软件的设计，实现了相关传感器数据采集及测试机的实时控制，充分运用了VC++可视化编程的优点，测试系统的操作界面友好、操作灵活简单。实际应用结果验证，软件达到了设计要求。实现了扭矩、位移的高精度测试，提高了检测效率，节约了人力、物力，满足了生产需要。