車輛性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用

范例1,2，田曉雪1，王開(kāi)松1

(1.安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽淮南232001； 2.東北大學(xué)機(jī)械學(xué)院，沈陽(yáng)110004)

摘要：通過(guò)LabVIEW軟件建立的車輛性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車輛動(dòng)力性能、制動(dòng)性能、燃油經(jīng)濟(jì)性能、操縱穩(wěn)定性能、駕駛平順性和通過(guò)性等基本性能理論進(jìn)行仿真計(jì)算，平臺(tái)采用圖表方式直觀的描述汽車的性能變化，能夠深入分析車輛參數(shù)對(duì)汽車基本性能的作用和影響，最終實(shí)現(xiàn)車輛相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：汽車性能；LabVIEW；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

收稿日期:2014-12-24

基金項(xiàng)目:安徽省教學(xué)研究項(xiàng)目，安徽省高等教育振興計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013zytz023)

作者簡(jiǎn)介:范例(1986-)，男，安徽銅陵人，助教，博士研究生，主要從事車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面研究。

中圖分類號(hào)：U467.5+2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

車輛性能從理論角度劃分為動(dòng)力性、制動(dòng)性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、平順性和通過(guò)性，通過(guò)對(duì)這些性能的研究，能夠有助于汽車性能方面的設(shè)計(jì)與提高。其中動(dòng)力性是最基本、最重要的性能，代表了汽車行駛可發(fā)揮的極限能力。應(yīng)用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)的性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠?yàn)槠囋O(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)提供理論支持。車輛動(dòng)力學(xué)包含有大量的汽車性能相關(guān)抽象概念和復(fù)雜的建模過(guò)程，基于LabVIEW的車輛性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將這些建模和計(jì)算過(guò)程用圖形化的編程語(yǔ)言表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)汽車的基本性能進(jìn)行仿真計(jì)算，用圖表直觀地描述汽車的性能變化，通過(guò)優(yōu)化車輛參數(shù)實(shí)現(xiàn)提高車輛性能的目的。

1車輛性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司開(kāi)發(fā)的一種基于圖形編程語(yǔ)言(G語(yǔ)言)開(kāi)發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行程序的圖形化程序編譯平臺(tái)。由于LabVIEW擁有便于使用和設(shè)計(jì)的硬件以及軟件模塊，因此非常適合非計(jì)算機(jī)專業(yè)的用戶學(xué)習(xí)和使用[1]。通過(guò)自學(xué)和使用LabVIEW軟件，一方面能夠了解編程的一般思想和數(shù)據(jù)流的概念；另一方面圖形化的編程語(yǔ)言直觀形象，能夠激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，更好地全身心地投入到學(xué)習(xí)和工作中。

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包含有動(dòng)力性實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)、制動(dòng)性實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)、燃油經(jīng)濟(jì)性實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)和操縱穩(wěn)定性子系統(tǒng)在內(nèi)的四個(gè)主要實(shí)驗(yàn)部分，包含了車輛動(dòng)力學(xué)有關(guān)車輛性能的建模和計(jì)算內(nèi)容。

圖1　平臺(tái)實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作起來(lái)簡(jiǎn)單方便，實(shí)驗(yàn)步驟清晰。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有相關(guān)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，用戶可以自主探索學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)步驟如圖1所示。

使用賬號(hào)登陸該平臺(tái)，按照?qǐng)D1顯示的流程圖操作。在系統(tǒng)的醒目位置有幫助文檔，為用戶提供相關(guān)的解釋和指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，用戶可以按照要求，結(jié)合幫助文檔中的信息，自行對(duì)程序框圖進(jìn)行修改或者編寫(xiě)新的程序以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的功能。

2應(yīng)用示例

本文以實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的汽車動(dòng)力性能實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)為例，介紹車輛性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的工作原理和工作流程。汽車動(dòng)力性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)涵蓋的知識(shí)點(diǎn)包括汽車動(dòng)力性指標(biāo)、汽車驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力、以及驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖、動(dòng)力特性圖(包含各檔位下的驅(qū)動(dòng)力曲線、加速度曲線、爬坡度曲線)和汽車的功率平衡圖[2]。系統(tǒng)已經(jīng)建好了汽車動(dòng)力性能的影響參數(shù)與汽車動(dòng)力性指標(biāo)的函數(shù)關(guān)系。在系統(tǒng)面板的左半?yún)^(qū)域是汽車動(dòng)力性的影響參數(shù)，右半?yún)^(qū)域是汽車動(dòng)力性的指標(biāo)顯示區(qū)域和系統(tǒng)控制區(qū)域，中間面板是汽車動(dòng)力性所涉及到的一些特征曲線圖。系統(tǒng)的計(jì)算流程圖如圖2所示[3]。

圖2　汽車動(dòng)力性仿真系統(tǒng)計(jì)算流程圖

首先按照要求在車輛1選項(xiàng)卡中輸入車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到汽車動(dòng)力指標(biāo)值和特征曲線。接著在車輛2選項(xiàng)卡中輸入?yún)?shù)，保證其余參數(shù)一致的情況下改動(dòng)一項(xiàng)參數(shù)的值，此時(shí)系統(tǒng)前面板上會(huì)顯示兩條特征曲線[3]。特征曲線的差異是由于這一項(xiàng)參數(shù)值的變化而引起的，同時(shí)汽車動(dòng)力性指標(biāo)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化。之后用戶可以依次改動(dòng)左側(cè)面板上的各個(gè)參數(shù)，從而觀察動(dòng)力性指標(biāo)和特征曲線的變化。用戶通過(guò)分析動(dòng)力性指標(biāo)值和特征曲線形狀的變化對(duì)汽車性能的影響參數(shù)產(chǎn)生直觀而深刻的認(rèn)識(shí)。動(dòng)力性仿真系統(tǒng)的前面板如圖3所示。

圖3　汽車動(dòng)力性仿真系統(tǒng)前面板

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，用戶將打開(kāi)程序框圖，學(xué)習(xí)該系統(tǒng)是如何將理論函數(shù)公式轉(zhuǎn)化為程序語(yǔ)言以及數(shù)據(jù)流的流動(dòng)情況。在理解程序框圖的含義的基礎(chǔ)上，促進(jìn)用戶編寫(xiě)具有實(shí)際功能的程序，以激發(fā)用戶的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)中，用戶被要求編寫(xiě)扭矩?cái)?shù)據(jù)的接口程序如圖4所示。

圖4　扭矩?cái)?shù)據(jù)的接口程序

因此，這種創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣ぐl(fā)用戶的學(xué)習(xí)動(dòng)力，它不僅能夠強(qiáng)化用戶對(duì)車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基本理論和模型的理解和掌握，還能鍛煉用戶的邏輯思維能力和編程能力，進(jìn)一步完善和優(yōu)化車輛模型。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,系統(tǒng)還將生成附有用戶信息的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,實(shí)驗(yàn)報(bào)表對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)條件、參數(shù)、仿真結(jié)果都會(huì)有完整的記錄。報(bào)告內(nèi)容具體包含用戶個(gè)人信息,實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)，動(dòng)力性特征曲線的對(duì)比圖，程序框圖等。

3結(jié)語(yǔ)

車輛性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為用戶提供了直觀認(rèn)識(shí)車輛動(dòng)力學(xué)中關(guān)于車輛基本性能的概念和相關(guān)特征曲線的平臺(tái)。與硬件實(shí)驗(yàn)相比，它具有直觀性、實(shí)時(shí)性和逼真性，并且操作靈活。采用軟件還能節(jié)約成本，同時(shí)也避免了外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，提高了設(shè)計(jì)效率[4]。在實(shí)驗(yàn)中，用戶可以自行修改參數(shù)，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且還可自行完善車輛動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真計(jì)算。此平臺(tái)還將添加汽車平順性和汽車通過(guò)性兩個(gè)部分的內(nèi)容，使系統(tǒng)更加貼合實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用的需要。

參考文獻(xiàn):

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2]喻凡，林逸．汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M]．3版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]范例.汽車綜合性能評(píng)價(jià)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[4]呂峰,劉泉,江雪梅.基于MATLAB的信號(hào)與系統(tǒng)軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[J].理工高教研究,2006(4):98-99.

責(zé)任編輯：吳旭云

Design and Application of Vehicle Performance Experiment Platform Software

FAN Li1,2, TIAN Xiaoxue1, WANG Kaisong1

(1. School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China; 2. School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110004, China)

Abstract：The vehicle performance experiment platform built by the software LabVIEW can realize the simulation calculation of the basic theories of performances, such as dynamic performance, brake performance, fuel economy performance, handling stability performance, smooth driving performance and passing ability, etc. The platform describes the change of the vehicle performances intuitively in the way of diagram, which can deeply analyze the functions and effects of vehicle parameters on its basic performances, finally to realize the optimization of vehicle parameters.

Keywords：automobile performance; LabVIEW; experiment platform