基于Lab Windows/CVI的汽車轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

汽車轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)（又稱底盤測(cè)功機(jī)）是一種大型室內(nèi)汽車試驗(yàn)設(shè)備，是一種完成汽車整車試驗(yàn)的臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)由傳感器、多路信號(hào)處理器、AD/DA轉(zhuǎn)換器，工業(yè)控制測(cè)試主機(jī)和X-Y曲線繪圖儀等設(shè)備組成。系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，測(cè)控系統(tǒng)的程序一般由VC或其他高級(jí)編程語言構(gòu)成，程序調(diào)試和參數(shù)的修改均比較繁瑣。基于Lab Windows/CVI語言的虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)，以傳感器，信號(hào)調(diào)理電路，數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)通過計(jì)算模擬行駛阻力，通過數(shù)據(jù)采集卡輸出模擬直流電壓信號(hào)，再通過信號(hào)處理和電路轉(zhuǎn)換產(chǎn)生激磁電流，并通過同步交流電機(jī)對(duì)測(cè)試車輛進(jìn)行加載。整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作量小，測(cè)試采集量和數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的顯示通過工控機(jī)顯示器完成，是一個(gè)理想的汽車轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控平臺(tái)。本文將以轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)動(dòng)力性測(cè)試的測(cè)控系統(tǒng)為研究對(duì)象，探討虛擬儀器在該測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 基于Lab Windows/CVI的汽車轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)

對(duì)于車輛動(dòng)力性測(cè)試的測(cè)試系統(tǒng)而言, 汽車轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)可分為3個(gè)模塊：①數(shù)據(jù)采集模塊，其功能是實(shí)時(shí)采集滾筒的轉(zhuǎn)速及扭矩信號(hào)；②行駛阻力模擬程序以及轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能擴(kuò)展程序，其功能為處理所采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算模擬加載阻力值以及顯示測(cè)試系統(tǒng)所需的輸出量；③控制模塊, 其功能是根據(jù)程序計(jì)算得到的模擬阻力值，通過輸出信號(hào)處理和電路轉(zhuǎn)換生成按標(biāo)定確定的激磁電流，由交流電機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行加載。

基于虛擬儀器的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)由傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，工控機(jī)和虛擬測(cè)控軟件Lab Windows/CVI的程序構(gòu)成, 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖如圖1所示。

圖1　基于虛擬儀器的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件

虛擬儀器的硬件平臺(tái)由PC計(jì)算機(jī)、中泰PCI-7333數(shù)據(jù)采集卡，配以相應(yīng)的傳感器組成。

3.1 傳感器及調(diào)理電路

（1）傳感器。傳感器完成信號(hào)的獲得, 它將被測(cè)參量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸入信號(hào)。

（2）信號(hào)調(diào)理電路。通常，傳感器信號(hào)不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因?yàn)閭鞲衅鬏敵鍪窍喈?dāng)小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之前必須進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或標(biāo)定模擬信號(hào)，使其符合數(shù)據(jù)采集卡量程范圍。然后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號(hào)送到微控制器或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。

3.2 數(shù)據(jù)采集卡及虛擬儀器硬件平臺(tái)

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用中泰PCI-7333數(shù)據(jù)采集卡。PCI-7333多功能數(shù)據(jù)采集卡適用于提供PCI總線插槽的PC系列微機(jī)，具有16路模擬輸入通道和2路模擬輸出通道和即插即用（PnP)等功能。它提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件Usb7K7kC.dll，所封裝的函數(shù)可以被其他應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)直接調(diào)用。

扭矩傳感器采集的模擬信號(hào)送入PCI-7333的模擬通道，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過先進(jìn)先出存儲(chǔ)器緩存后由USB總線讀出；轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)速采樣整形后通過采集卡16位字長的計(jì)數(shù)/定時(shí)器接口輸出。

4 轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)輸出控制——模擬行駛阻力原理

阻力加載是轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬道路行駛阻力的主要組成部分。轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制模塊, 就是根據(jù)程序計(jì)算得到的模擬阻力值，通過輸出信號(hào)處理和電路轉(zhuǎn)換生成激磁電流，由交流電機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行加載。

4.1 汽車路試行車阻力數(shù)學(xué)模型

4.2 汽車臺(tái)試行車阻力數(shù)學(xué)模型

4.3 轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)加載阻力控制

5 基于Lab Windows/CVI的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

Lab Windows/CVI是美國NI公司開發(fā)的基于標(biāo)準(zhǔn)C語言的可視化、交互式的虛擬軟件開發(fā)工具，具有標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的操作界面，可在多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行，它不但有豐富的函數(shù)庫，還集成了各種專業(yè)的測(cè)控工具，提供了優(yōu)越的硬件接口功能，基于該環(huán)境可以充分利用各種資源配置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)、成本最低的目的。