基于Lab Windows/CVI的汽車轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控系統(tǒng)的設(shè)計

1 引言

汽車轉(zhuǎn)鼓實驗臺（又稱底盤測功機）是一種大型室內(nèi)汽車試驗設(shè)備，是一種完成汽車整車試驗的臺架試驗系統(tǒng)。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控系統(tǒng)由傳感器、多路信號處理器、AD/DA轉(zhuǎn)換器，工業(yè)控制測試主機和X-Y曲線繪圖儀等設(shè)備組成。系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，測控系統(tǒng)的程序一般由VC或其他高級編程語言構(gòu)成，程序調(diào)試和參數(shù)的修改均比較繁瑣。基于Lab Windows/CVI語言的虛擬儀器測控系統(tǒng)，以傳感器，信號調(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，再通過信號處理和電路轉(zhuǎn)換產(chǎn)生激磁電流，并通過同步交流電機對測試車輛進(jìn)行加載。整個測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，程序的設(shè)計和調(diào)試工作量小，測試采集量和數(shù)據(jù)計算結(jié)果的顯示通過工控機顯示器完成，是一個理想的汽車轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控平臺。本文將以轉(zhuǎn)鼓實驗臺動力性測試的測控系統(tǒng)為研究對象，探討虛擬儀器在該測控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 基于Lab Windows/CVI的汽車轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控系統(tǒng)

對于車輛動力性測試的測試系統(tǒng)而言, 汽車轉(zhuǎn)鼓實驗臺的測控系統(tǒng)可分為3個模塊：①數(shù)據(jù)采集模塊，其功能是實時采集滾筒的轉(zhuǎn)速及扭矩信號；②行駛阻力模擬程序以及轉(zhuǎn)鼓實驗臺功能擴展程序，其功能為處理所采集的數(shù)據(jù)，計算模擬加載阻力值以及顯示測試系統(tǒng)所需的輸出量；③控制模塊, 其功能是根據(jù)程序計算得到的模擬阻力值，通過輸出信號處理和電路轉(zhuǎn)換生成按標(biāo)定確定的激磁電流，由交流電機對車輛進(jìn)行加載。

基于虛擬儀器的轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控系統(tǒng)由傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，工控機和虛擬測控軟件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)鼓實驗臺測控系統(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由PC計算機、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。傳感器完成信號的獲得, 它將被測參量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸入信號。

（2）信號調(diào)理電路。通常，傳感器信號不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因為傳感器輸出是相當(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，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)換器對模擬信號進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號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

本實驗系統(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，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)用程序在運行時直接調(diào)用。

扭矩傳感器采集的模擬信號送入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)先出存儲器緩存后由USB總線讀出；轉(zhuǎn)速信號經(jīng)轉(zhuǎn)速采樣整形后通過采集卡16位字長的計數(shù)/定時器接口輸出。

4 轉(zhuǎn)鼓實驗臺輸出控制——模擬行駛阻力原理

阻力加載是轉(zhuǎn)鼓實驗臺模擬道路行駛阻力的主要組成部分。轉(zhuǎn)鼓實驗臺的控制模塊, 就是根據(jù)程序計算得到的模擬阻力值，通過輸出信號處理和電路轉(zhuǎn)換生成激磁電流，由交流電機對車輛進(jìn)行加載。

4.1 汽車路試行車阻力數(shù)學(xué)模型

4.2 汽車臺試行車阻力數(shù)學(xué)模型

4.3 轉(zhuǎn)鼓實驗臺加載阻力控制

5 基于Lab Windows/CVI的轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控系統(tǒng)軟件設(shè)計

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)下運行，它不但有豐富的函數(shù)庫，還集成了各種專業(yè)的測控工具，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。