汽車離合器從動盤拖曳分離測試機軟體設計論文
【摘要】為了滿足汽車離合器從動盤拖曳分離測試機控制與檢測的效能要求，採用VC++作為開發平臺，設計了汽車離合器從動盤拖曳分離測試機控制與檢測軟體。軟體由資料採集、資料處理、控制模組組成。充分利用MSVC與作業系統的特性及VC++視覺化程式設計的優點，設計的軟體完成了對測試機位置、壓力、轉矩、角度和測試狀態的訊號採集，實現了對資料的顯示、分析、儲存、回放和測試機的實時控制與人機互動。實際應用結果表明軟體操作介面友好、靈活、簡單，達到了設計要求，實現了扭矩、位移的高精度測試。
關鍵詞：汽車；離合器從動盤；測試機；控制與檢測；軟體設計
1引言
離合器從動盤是汽車傳動系中的重要傳動部件，從動盤拖曳力矩、拖曳行程是從動盤的主要效能指標[1]。根據離合器行業標準，從動盤總成在出廠前必須經過拖曳分離測試。汽車離合器從動盤拖曳分離測試機的軟體設計是汽車離合器從動盤拖曳分離測試機的重要組成部分。測試機軟體的各項功能之間既相互獨立又相互依賴，這就給程式的設計帶來一定的難度。軟體一方面要充分表達各模組的功能；另一方面還要在相對獨立的基礎上建立彼此功能上的互動關係。設計軟體需要有良好的人機互動介面，使使用者在使用過程中能得心應手[2]。VC++是在Windows平臺下構建的強大而又複雜的開發工具，支援面向物件程式設計的方法，是目前世界上使用最多的開發工具之一[3]。
利用VC++設計的汽車離合器從動盤拖曳分離測試機由機械臺架、硬體部分、軟體部分組成。機械臺架是實現從動盤檢測的臺架基礎；硬體部分是實現各種感測器的資料採集及控制測試機進行動作的硬體基礎；軟體部分進行資料採集、資料處理、分析和顯示，完成試驗動作的控制。測試機軟體設計包括資料採集、資料處理和控制模組的設計。採用VC++作為開發平臺，充分利用MSVC與作業系統的特性[4]，開發了測試機的軟體，實現了對測試機位置、壓力、轉矩、角度和測試狀態的訊號採集及資料的分析、顯示、儲存與測試機的實時控制。
2汽車離合器從動盤測試機硬體結構與工作原理
汽車離合器從動盤拖曳分離測試機要準確快速的控制位移和力矩，同時實時採集位移、力矩和壓力訊號，對系統的實時效能要求較高。結合測試機實際工況，採用研華工控機作為上位機，三菱PLC作為下位機。測試機控制與檢測的硬體系統主要由工控機、PCI_OMCE505資料採集卡和PLC以及壓力感測器、位移感測器、扭矩感測器、伺服驅動器和伺服電機等器件構成。硬體結構示意圖，如圖1所示。
工控機是資訊處理的中心，能夠提供良好的人機介面，用來編寫和儲存試驗的程式。每次試驗時，工控機讀取載入程式，實現試驗過程的實時控制，透過I/O板通訊將命令傳送給PLC，PLC透過與工控機的通訊控制伺服電機和力矩電機，使這些裝置按照試驗要求進行動作。同時，PLC將相關訊號傳遞給工控機，工控機將所得資料運算後，再發出指令，從而控制兩個電機。位移感測器、壓力感測器和力矩感測器採集的資料透過資料採集卡傳遞給工控機，工控機對試驗資料—扭矩感測器的扭矩訊號、位移感測器的位移訊號等進行處理，並將試驗資料以曲線形式實時輸出，完成試驗。
3軟體總體框架設計
汽車離合器從動盤拖曳分離測試機軟體設計是採用VC++開發的，透過資料採集卡採集、顯示、分析、儲存資料並傳入工控機，工控機最終控制電機完成試驗要求的動作。軟體總體框架，如圖2所示。
4資料採集模組程式設計
4.1感測器標定為了保證測量精度，在使用前需要對感測器進行標定，感測器的標定就是透過試驗確立感測器的輸入量與輸出量之間的關係，並確定出不同使用條件下的誤差關係或測量精度[5]。利用已知的標準值輸入到待標定的'感測器中，感測器得到相應的輸出量，將輸出量與輸入的標準量繪製成曲線即得標定曲線。
壓力感測器標定，如圖3所示。在壓力感測器未加力值的情況下，將之調零，然後將力值載入至滿量程（如滿量程為20kN，則載入至20kN），在“解析度”內輸入相應的數值，用滑鼠單擊“輸入”（如理想值為15kN，實際測量值為13kN，當前解析度為20000，則新的解析度應該為（13/15）*20000），使“試驗力（N）”數值與標稱值一致，之後完全解除安裝。再次將力值調零，然後載入至滿量程，如果測量值和標稱值一致，則完全解除安裝，再按儲存按鈕，標定結束，否則重複前面步驟，直到測量值和實際值一致，標定完成。
4.2感測器訊號採集程式設計
接通電氣控制櫃電源，啟動控制軟體並自動進入“拖曳檢測機”程式，此時螢幕將顯示“測試系統”主介面，設計主介面內相關內容有：選單部分、工具條部分、控制條部分、測試條部分、顯示視窗等。“檔案”選單中的選項包括對檔案進行讀取、儲存以及對試驗結果的列印、列印預覽和退出測試系統等操作。測試條顯示負荷（kN）、扭矩（N·m）、位移（mm）、角度的測量值，滑鼠單擊“調零”按鈕，即可對相應的測量值進行調零。資料採集部分程式碼程式（略）。
4.3軟體濾波
除硬體的可靠性設計外，軟體的抗干擾措施也是防止和消除整個測試系統故障、提高軟體執行可靠性的重要途徑。為了提高訊號的精度，在軟體中使用卡爾曼濾波方法去除干擾[6]。卡爾曼濾波是在時域內實現最優的遞推濾波方法。
卡爾曼濾波所需資料儲存量較小，便於用計算機進行實時處理，非常適合於在計算機上實現。為了消除採集訊號中的雜波成分，在實時採集訊號波形輸入顯示控制元件前進行卡爾曼濾波，將混有噪聲的訊號進行濾波，消除噪聲，獲得精確的實際訊號。
5資料處理及控制模組設計
5.1實時顯示與儲存對感測器訊號進行連續實時採集，需要控制資料採集卡連續採集資料，並配以實時的時間軸以進行同步顯示[7]。實時採集位置、壓力、轉矩、角度和試驗機狀態訊號。
在“測試系統”介面內的工具欄選擇“設定”選單選項，開啟設定介面，選取“自動儲存設定”選項，設定自動儲存的檔名及路徑，選中“自動儲存”，當試驗結束後，控制程式自動按輸入的路徑，輸入的檔名+時間儲存，試驗測試操作介面，如圖4所示。
5.2資料回放在存入資料庫的大量資料中，可以根據需要選擇特定時間再動態的回放所儲存的資料。訊號回放時，根據使用者要求的不同可以任意選擇回放資料的起始位置和結束位置。在編輯框中輸入回放開始時間、結束時間，透過結構化查詢資料庫即可實現動態圖形繪製，真實再現當時的工作狀態。在資料儲存過程中，可利用靜態回放將實時繪製的圖形儲存為BMP影象檔案，因此可以利用Web瀏覽器直接檢視已儲存的影象。
5.3資料分析
用滑鼠單擊測試系統主介面中的“顯示結果”選單項，之後程式將在主視窗顯示本測試的規定值、測量值和試驗結果，試驗測試操作介面，如圖5所示。其規定值為0。5N，由測試結果曲線可以看出測試值為0。23N，根據試驗要求：檢驗的汽車離合器從動盤在0。5N之內都是合格產品，得出這個從動盤的拖曳力矩指標的測試結果是合格的。
5.4控制模組設計
控制器在程式中實時採集位移和壓力訊號，訊號在經過處理後，對位移及力矩資料進行計算，完成卡爾曼濾波和複合滑模控制計算，根據計算結果設定好試驗引數，把位置、轉矩控制指令程式碼傳送給PLC，然後PLC利用獲得的資料來驅動伺服驅動器，伺服驅動器控制位移電機及力矩電機按照試驗要求，完成位移和轉矩的控制，實現試驗所要求的動作。
6結論
利用VC++程式語言完成了汽車離合器從動盤拖曳分離測試機控制軟體的設計，實現了相關感測器資料採集及測試機的實時控制，充分運用了VC++視覺化程式設計的優點，測試系統的操作介面友好、操作靈活簡單。實際應用結果驗證，軟體達到了設計要求。實現了扭矩、位移的高精度測試，提高了檢測效率，節約了人力、物力，滿足了生產需要。
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