40500字论文范文单片机控制同步器综合试验台的研究

论文类型：论文范文

论文字数：40500字

论点：同步,试验台,变速箱

论文概述：

本文为单片机论文，主要论述同步性能分析及试验要求，同步器综合试验台总体方案，试验台电子控制系统，实验过程及结果分析。

论文正文：

第一章引言

 1.1 课题研究的目的和意义进入21 世纪以来，我国的汽车工业得到了飞速的发展，并且逐步成为了我国国民经济的支柱产业。同时，汽车作为一个产品，只有提高汽车品质和质量才能提高竞争力。这就对汽车零部件及其总成的开发提出了高要求[1]。 汽车作为一个系统，由于内燃机固有的特性——高转矩只出现在一个很窄的转速范围内，而变速箱的作用就是使汽车在较大的车速范围内都能得到足够的转矩，必须配备以变速箱为主的传动总成才能更好的利用发动机的动力。目前我国市场上，配备手动变速箱的汽车比例仍然是最高的。而同步器是手动变速箱的重要部件，几乎所有配备手动变速箱的汽车都装有同步器，它的主要作用是简化了驾驶员换挡时的操作，手动变速箱配备同步器以后，即使技术并不娴熟的驾驶员也能轻松的完成换挡操作，从而提高了汽车安全性；同时同步器能减少换挡冲击和其他的损坏。 手动变速箱在换挡时，如果两个齿轮轮齿转速不相等时强制挂挡，由于两齿轮间存在巨大的速度差，会发生冲击和噪音。这种情况不仅会使挂挡动作变得非常困难，同时会使齿轮的齿端磨损加剧，甚至会造成轮齿折断。所以，在换挡过程中必须使待啮合的齿轮转速相等，即同步，才能平顺的挂挡而不至于给齿轮造成巨大的损害。这就是同步器的作用。 所以说，同步器的性能好坏直接决定了手动变速箱换挡品质的优劣，同步器质量的好坏也直接决定了手动变速箱的使用寿命的长短。汽车是一个由许多零部件组成的复杂机械系统，由于汽车的机械系统的复杂性和同步器工作过程的复杂性，同步器工作过程尚不能通过理论计算或者仿真的手段来进行准确的分析，只有通过试验的手段才可得到更贴近实际情况的结果。 在汽车产品开发的过程中，同步器的试验主要是同步性能测试和同步器的寿命测试，鉴于此，开发一套能够同时用于测试同步器的同步性能和同步器寿命的试验设备具有非常重要的现实意义。 鉴于上述介绍，本文结合汽车学院汽车产品检测中心的实验项目，进行了机械式手动变速箱的同步器综合试验台的研发，并实现了设计方案能够实现在变速箱总成中检测同步器的性能和同步器的寿命。  1.2 国内外研究现状同步器是机械式手动变速箱中非常重要的总成，同步器性能和寿命试验也是汽车机械式手动变速箱台架试验的重要内容，国内外汽车制造商都把该项试验作为产品开发过程中非常重要的环节，并且针对同步器的试验，国内外也都制定了相应的试验规范。 同步器性能测试在国内外常见的思路有两种：一种是把同步器总成拆出来，单独进行试验研究；一种是在变速箱总成中进行试验。 第一种思路的试验台在设计时，需要把同步器拆出来，搭建相应的试验台，把拆出来的同步器安装在试验台上进行试验研究。 法国的一家独立的实验室 ETSm 专业技术与服务实验室（ETSm  Expertise Technology & Services  ）在 2004 年开发了一套用于测试同步器的摩擦性能的试验台，如图 1.1 所示。该试验台用电惯量的方法模拟同步器的惯量，用气动的驱动方式作为同步器加载时的轴向力，其控制和数据采集使用了 NI 公司的 Labview及其他配合使用的套件，它能够用于测试同步器的动力学特性和摩擦性能。 ........ 第 2 章同步性能分析及试验要求 2.1 同步性能相关理论分析 2.1.1 同步器工作原理及动力学特性分析 同步器是在接合套换挡机构基础上发展起来的，如图 2.1 是锁环式单锥面同步器的结构图。锁环式单锥面同步器是惯性同步器的一种，它也是现在手动变速箱上应用最广泛的同步器[16]。 它主要包括接合套 8（内部有花键与同步环的啮合齿啮合）、花键毂 4（内花键与传动轴啮合、外花键与接合套啮合）、对应齿轮上的结合齿圈 2，以及使接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到并保持一致的机构，阻止两者在达到同步之前接合以防止冲击的结构。 ...... 2.2 同步器试验要求全国汽车标准化技术委员会在 2010 年发布并实施了中华人民共和国汽车行业标准 QC/T568.3-2010《汽车机械式变速器台架试验方法‐中型》，该标准明确规定了中型汽车机械式变速器台架试验方法，QC/T 568.3-2010 主要适用于输入扭矩为 400Nm～800Nm，挡位数为 4 挡～7 挡的汽车机械式变速器总成。按照此项标准的规定，试验设备一般采用换挡试验台或专用的同步器性能试验台。换挡机构可采用液压、气动或者机械装置。测量仪器采用各种传感器，应变仪及示波器等。依照此项标准，试验装置的换挡频率为每分钟 10 次；变速箱油温为 80℃±5℃；......... 第 3 章同步器综合试验台总体方案..............193.1  试验台总体方案.............................193.2 总体布局 ......................233.3 机械结构 .................243.4 本章小结 ...................32第 4 章 试验台电子控制系统........................334.1 试验台电控系统的硬件系统....................334.2 试验台电控系统的软件系统...................474.3 电控系统的可靠性技术......................504.4 本章小结 .....................54 第 5 章    实验过程及结果分析 5.1 试验内容 5.1.1 搭建试验台 根据前面几章的叙述，在吉林大学汽车工程学院汽车实验室搭建了同步器试验台，并完成控制器的电路连接。同步器综合试验台实物照片如图 5.1 所示。图5.1 中展示了试验台的主要组成部分。其中，控制器柜内电子元器件及 PCB 板的实物图如图 5.2 所示。 选取的被测对象是一汽技术中心的 6 挡手动变速箱 6T99，变速器各挡位的速比如表 5‐1 所示。 ........... 5.1.2    传感器标定试验台搭建完成以后，需要进行传感器的标定工作有两种[50]：一、试验台所用传感器的标定；二、变速箱挡位位置的标定。 在变速器换挡性能试验中，最重要的工作就是在换挡的过程中完成对力、选挡力、换挡位移、选挡位移、换挡时间等物理量的测量和处理。因此，为了获取准确的试验数据，在进行实验之前，必须对传感器进行标定。本试验台上需要标定的传感器主要是拉压力传感器和位移传感器。 ......... 第6章 总结与展望 6.1 全文总结同步器是影响机械式手动变速箱性能和寿命的最重要总成，而汽车是一个结构及其复杂的产品，理论计算和仿真研究几乎不可能完全真实准确的反应同步器总成的所有特性，因此，试验对于汽车产品及其零部件的研究来说显得尤为重要。 本课题就是针对机械式手动变速箱的同步器总成的性能和寿命的研究开发了一款试验台，并对待测的变速箱进行了试验，对试验数据进行了分析。本文的主要研究内容如下： （1）分析了国内外同类试验台的研究现状。 （2）从同步器的结构及动力学特性出发，介绍了同步器的机械结构以及其工作的原理，在此基础上，通过参考同类型的文献，建立了同步器的数学模型，从而确定了影响同步器性能的主要因素，并确定了同步器性能的评价指标，即同步时间和滑摩功。之后，研究了法规 QC/T568.3-2010《汽车机械式变速器台架试验方法‐中型》，该项法规中规定的同步器性能试验和寿命试验的要求，包括了同步器的性能测试和寿命测试中对实验条件、实验要求、试验方法以及待测物理量等的要求，为后续的工作打好了基础。 （3）在对同步器的结构和工作原理的理论分析的基础上，针对国标中对同步器性能和寿命测试的测试内容测试条件的要求，参考国内外现有的同步器试验台，制定了同步器综合测试试验台的整体方案：选用交流电机和飞轮盘组作为动力驱动装置；选用气动的方式作为换挡装置的驱动方式；用曲柄滑块机构来实现换挡动作；用基于单片机的控制器作为试验台的控制器。 （4）同步器综合试验台的电子控制系统的设计。电子控制系统的设计主要包括了硬件系统的设计、软件系统的设计以及为了提高系统的可靠性而采取的软硬件措施。硬件部分是基于英飞凌 XC2734X 单片机组成的控制电路，并对控制电路的为控制器模块、输入输出模块、通信模块进行了详细介绍。软件部分介绍了软件系统的辅助程序、主程序以及上位机数据采集分析程序。最后，为了保证系统能安全可靠的运行，设计了相应的可靠性方案。 .........参考文献（略）