Magal Engineering总部设在英国，是全球汽车行业的OE供应商。其AP Driveline Technologies Limited分公司负责为OE汽车制造商和售后市场设计、开发和制造轿车、商用、非公路用和高性能车辆的汽车离合器。 NI合作伙伴Computer Controlled Solutions为该行业生产出了许多复杂的测试、控制和采集系统，并曾为Magal Engineering公司提供了一些颇有成效的测试机器。Magal和AP Driveline公司的代表慕名与我们取得了联系，希望为离合器驱动压盘再打造一款解决方案。

典型离合器的驱动压盘组件会将扭矩从引擎传递至传动轴。该组件由一个与中央花键结合的摩擦片和不同刚度的弹簧组成。弹簧可吸收扭转振动，为传动系统的噪音、振动和声振粗糙度(NVH)问题提供了解决方法。

为确保该组件按规定运行，技术人员必须旋转固定摩擦片的对应中央花键并分析弹簧刚度和滞后特性，达到非常精细的公差，进而对每个花键进行测试。

我们客户最初使用的“滞后机器”是大约20年前生产的机型，这种液压系统尺寸巨大且非常昂贵，精度或吞吐量不够，因而无法满足要求。我们所提供的解决方案采用了全新的电子和无刷电机技术，所打造系统的成本大幅降低，同时提高了精度和吞吐量。

系统硬件概述

我们的系统基于一个高扭矩夹具(800 Nm)和一个低扭矩夹具(50 Nm)，分别放置在落地式机柜的两侧。每个夹具均采用气动执行器，可紧紧夹住驱动压盘，再搭配使用伺服电机，从而提供可控的角度偏转。滞后数据的采集则使用扭矩元件传感器元件和编码器来实现。

中央机柜包含以下控制和采集电子设备：

• 英特尔(Intel)双核奔腾3.2 GHz处理器

• NI 7811R现场可编程门阵列(FPGA)设备

• NI CompactRIO扩展机箱

• NI四核应变计模块

• NI 32通道数字输出（源极）

• NI 32通道数字输入（漏极）

• Baldor驱动

夹具包含以下硬件：

• Baldor无刷伺服电机

• Alpha 220:1变速箱

• 夹紧部件的气动执行器

• Applied Measurements扭矩传感器

我们需要使用基于CompactRIO的硬件，这样就可以在预算范围内开发出高精度机器。在采集扭矩传感器读数时我们可得到24位分辨率，加上无噪音的数字采集和角度控制，分辨率为0.0004度。

软件设计

整个软件采用LabVIEW和LabVIEW FPGA模块编写。由于该软件用于生产设备，我们设计了多种功能。例如，系统通电后，操作人员只要装载部件并按下启动按钮即可，尽可能减少计算机的使用。另外，我们的系统使用编码器，不需要进行角度校准，我们在软件和硬件中内置了扭矩校准，因此可以对照第三方测压元件和显示器查看扭矩读数。然后，这些设备每年可以送去实验室进行校准。

通过简单的测试累加，主管可以创建或编辑测试，从而为所有驱动压盘的变化提供一个测试库。同时，我们将所有结果数据保存为结构良好、可搜索的NI DIAdem技术数据管理流(TDMS)格式。如此一来，每天每个文件可支持多达800次的测试，并且文件采用基于XML的参数标题，可快速搜索。

此外，我们在运行屏幕中设计加入了测量参数的历史跟踪。操作人员/主管借此可发现结果变化的潜在趋势，以便进行预测性故障检测。我们还可以使用FPGA硬件来采集数据，从而针对角度（而不是时间）来采集数据，提供无噪音、超高分辨率的数据捕获，不浪费数据。

利用LabVIEW和相关的硬件实现高效开发

LabVIEW的几个功能是该机器顺利开发的关键。借助LabVIEW 8.0项目环境，我们可以纳入所有的PC代码、子程序和输入/输出信息。我们还可以将所有与FPGA相关的代码、项目文档、数据表和规范信息放在一个环境中，使未来的维修和维护更加轻松。

另外，CompactRIO数字输入和输出模块省去了整个中间层布线。通常情况下，我们通过夹式固态继电器的中间导轨将计算机信号转换为24 V或从24 V转换为其他电压值，用于操作各种螺线管和读取输入。但由于使用了CompactRIO 24 V级模块，所有这些接线都可省去。

借助CompactRIO应变计模块，我们实现了从扭矩传感器到采集硬件的直接连接，从而减少了布线并尽可能降低了噪音。在软件中，该模块提供了简单的换能器校准，具有自检偏移修正功能，分辨率可达100 fV。

我们借助FPGA架构，从各个试验台独立采集数据。一般说来，这在基于PC的架构中很难实现，通常需要第二台PC，造成额外花销，或者部件的同步吞吐量速度较慢。

此外，我们还将FPGA用于固件高速行程监测。FPGA以非常高的速率监测扭矩水平，如果水平高于95%，就会直接切断电源。如此一来，便无需外部模拟硬件，还具有绝对的确定性响应特点，这在PC上是无法实现的。

结果

在迅速构建和完成这台机器后，我们必须立即将其投入生产线。自那时起，我们的系统每天工作16个小时，在生产线终端对每一个离合器驱动压盘组件进行着测试，然后继续出色运行。

该机器的结果极其准确，帮助我们发现了驱动压盘原始设计中没有检测到的关键特性。我们还利用该机器为下一代驱动压盘的设计发回数据，并指出需要与材料制造商协同检查的方面。

作为NI联盟合作伙伴，我们拥有两名经过认证的LabVIEW开发人员，而且有能力提供基于NI硬件的先进LabVIEW解决方案。我们经验丰富，久经考验，是公司的巨大财富。

NI联盟合作伙伴是独立于NI的商业实体，与NI之间不存在代理、合伙或合资关系。

作者信息：

Paul Riley
Computer Controlled Solutions Limited
37 Park Street Leamington Spa
Warwickshire CV32 4QN
United Kingdom
电话：01926 430200
传真：01926 430209
Paul@ccsln.com

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