楊亞萍

(西安航空學(xué)院 車輛工程學(xué)院，陜西 西安 710077)

基于LabVIEW的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊亞萍

(西安航空學(xué)院 車輛工程學(xué)院，陜西 西安 710077)

常規(guī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性的測(cè)試方法存在成本大、效率低、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足等問(wèn)題。采用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性仿真程序，利用555定時(shí)器建立仿真電路模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、油門信號(hào)、負(fù)載信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，提出基于LabVIEW的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性的即時(shí)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果顯示。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性；測(cè)試系統(tǒng)；LabVIEW；性能測(cè)試

0 引言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性包含速度特性、負(fù)荷特性。一般情況下，其對(duì)應(yīng)的特性曲線可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)獲得。但在教學(xué)過(guò)程中，由于受實(shí)踐條件的限制，很難直觀地測(cè)試并得到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性曲線。為此，本文提出基于LabVIEW的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)虛擬測(cè)試的方法得到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性曲線。

LabVIEW是基于虛擬儀器技術(shù)的圖形化編程語(yǔ)言和專業(yè)的仿真測(cè)控開(kāi)發(fā)環(huán)境。本文首先根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性，利用555定時(shí)器建立仿真電路，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、油門信號(hào)、負(fù)載信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，為L(zhǎng)abVIEW仿真測(cè)控開(kāi)發(fā)環(huán)境提供輸入?yún)?shù)，通過(guò)虛擬面板展現(xiàn)工作特性曲線。這種方法實(shí)施條件簡(jiǎn)單，作用效果能夠仿真汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性參數(shù)測(cè)試的要求。

1 測(cè)試系統(tǒng)工作原理

1.1 測(cè)功臺(tái)測(cè)試原理

實(shí)際測(cè)試設(shè)備中，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的傳感器采用霍爾傳感器。在發(fā)動(dòng)機(jī)軸上固定一塊小磁鐵，軸旁邊的外殼上固定霍爾開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，小磁鐵經(jīng)過(guò)一次霍爾開(kāi)關(guān)器件，霍爾開(kāi)關(guān)器件輸出一個(gè)脈沖。對(duì)一定時(shí)間的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可折算出一分鐘發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，即發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

1.2 虛擬仿真測(cè)試原理

為了配合LabVIEW仿真測(cè)試程序，本文利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)了一個(gè)可調(diào)頻率的方波脈沖信號(hào)源，用來(lái)代替發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物，電路如圖1所示。此電路有兩個(gè)輸入信號(hào)，對(duì)應(yīng)上位機(jī)傳給測(cè)試設(shè)備的油門信號(hào)和負(fù)載信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)都是模擬信號(hào)。有一個(gè)輸出方波脈沖信號(hào)，對(duì)應(yīng)測(cè)試設(shè)備提供給虛擬儀器的轉(zhuǎn)速信號(hào)。

此電路是由一個(gè)555定時(shí)器構(gòu)成的方波脈沖信號(hào)源。油門信號(hào)(3)接到了R2，油門信號(hào)越大，給C1充電的時(shí)間越短，輸出脈沖頻率越高，表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越快。負(fù)載信號(hào)(1)接到了555定時(shí)器的電源端，負(fù)載信號(hào)越大，比較器的輸入比較端的電位越高，C1充電時(shí)間越長(zhǎng)，輸出脈沖的頻率越低，表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。

2 虛擬仿真測(cè)試系統(tǒng)

采用LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性的虛擬仿真。LabVIEW是一種圖形化編程語(yǔ)言，是用圖標(biāo)代碼來(lái)代替編程語(yǔ)言創(chuàng)建應(yīng)用程序，它使用數(shù)據(jù)流編程方法來(lái)描述程序的執(zhí)行，用圖標(biāo)和連線來(lái)代替文本的形式編寫程序，編程簡(jiǎn)單，操作方便，具體設(shè)計(jì)思路如圖2所示。

LabVIEW繼承與滿足了GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，還內(nèi)設(shè)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)采集硬件采用USB-6009，它具備8路模擬輸入通道，14位分辨率，12條數(shù)字I/O線，2路模擬輸出通道，1個(gè)計(jì)數(shù)器，完全滿足本測(cè)試系統(tǒng)的硬件要求。數(shù)據(jù)采集卡如圖3所示。

3 信號(hào)測(cè)試程序

LabVIEW軟件可以設(shè)置采集卡參數(shù)，并驅(qū)動(dòng)采集卡完成數(shù)據(jù)采集和處理。利用軟件的DAQ助手生成555電路中的比較電壓值，同時(shí)可通過(guò)LabVIEW軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，從而改變555信號(hào)電路的工作狀態(tài)，產(chǎn)生采集555電路信號(hào)輸出，生成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)速信號(hào)結(jié)合輸入的負(fù)載信號(hào)，生成發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率值。

本測(cè)試系統(tǒng)界面可以實(shí)時(shí)仿真顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載輸入、油門輸入，通過(guò)測(cè)試點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)繪制發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性曲線和外特性曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性測(cè)試系統(tǒng)前面板如圖4所示。

通過(guò)LabVIEW設(shè)計(jì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性測(cè)試前面板后，要實(shí)現(xiàn)仿真功能，則需要設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)的程序框圖。圖5為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性數(shù)據(jù)采集及顯示程序框圖，圖6為油門輸入和負(fù)載輸入子程序框圖。

4 仿真測(cè)試

測(cè)試時(shí)，先給定一個(gè)固定的油門值，每輸出一個(gè)負(fù)載值，由電路就可以得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。取得一組值，就可以繪出一條負(fù)載-轉(zhuǎn)速曲線，這一條曲線對(duì)應(yīng)給定的油門。進(jìn)一步可以計(jì)算出其他特性曲線。給出幾個(gè)不同的油門值，可以繪出幾條不同的負(fù)載-轉(zhuǎn)速曲線。圖7為實(shí)測(cè)工作特性曲線圖。

雖然由模型得到的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不完全一致，但應(yīng)用此電路模型，不用啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物，就可以容易地得到“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”，方便直觀。

5 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物參數(shù)測(cè)試，基于LabVIEW的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性虛擬仿真測(cè)試效果直觀，操作方便。實(shí)際仿真測(cè)試結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的獲取脈沖信號(hào)源發(fā)出的參數(shù)信息，并能在界面窗口直觀地顯示，所生成的特性曲線基本上與實(shí)際汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性參數(shù)曲線一致，便于學(xué)生在課堂教學(xué)中更好地理解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性。

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[責(zé)任編輯、校對(duì)：東 艷]

Design of A System for Testing Operating Characteristics of Automobile Engines Based on LabVIEW

YANGYa-ping

(School of Vehicle Engineering,Xi'an Aeronautical University,Xi'an 710077,China)

This paper presents a test system on automobile engine operating characteristics based on LabVIEW to deal with problems of current methods such as high cost,low efficiency,and inadequate test equipment.The system designs the emulation program of engine operating characteristics through the virtual instrument technology,establishes the artificial circuit through 555 timer to simulate engines' speed signal,throttle signal and load signal,and collects and processes data through data acquisition cards, thus realizing the real-time detection, data acquisition,data analysis,and result display of operating characters of automobile engines.

engine operating characteristics;test system;LabVIEW;performance test

2016-12-08

楊亞萍(1972-)，女，陜西鳳翔人，副教授，從事測(cè)控技術(shù)研究。

U464

A

1008-9233(2017)01-0050-03