陳東旭，李孟凱，金浩然，陳 武

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

基于LabVIEW汽車起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳東旭，李孟凱，金浩然，陳 武

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

文中介紹了汽車減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)，并使用LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)來設(shè)計(jì)對(duì)減速起動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)試的測(cè)試系統(tǒng)。通過使用LabVIEW虛擬儀器技術(shù)，極大地降低了減速起動(dòng)機(jī)檢測(cè)過程中的成本，而且在使用過程中更加方便實(shí)用。測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)汽車起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等主要性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。該起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)能夠提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)，發(fā)現(xiàn)并解決減速起動(dòng)機(jī)的一些特殊問題，并具有交互界面簡潔、維護(hù)成本低、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。

汽車減速起動(dòng)機(jī)；測(cè)試技術(shù)；LabVIEW虛擬儀器；信號(hào)采集；數(shù)據(jù)處理

減速直流起動(dòng)機(jī)是廣泛應(yīng)用于各類進(jìn)口和國產(chǎn)汽車在起動(dòng)過程中最重要的電器設(shè)備之一，由汽車蓄電池提供電源。減速起動(dòng)機(jī)性能的優(yōu)劣直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以汽車減速起動(dòng)機(jī)的檢測(cè)工作就顯得及其重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，LabVIEW虛擬儀器在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中的文件配置與模型仿真方法的便利性逐漸顯現(xiàn)出來，提高工作效率并降低了開發(fā)成本，可以自由定制所需要的儀器功能和檢測(cè)項(xiàng)目，并使用美國國家儀器公司(National Instruments)的LabVIEW軟件與采集板卡和配套軟件 NI DAQmx的數(shù)據(jù)采集方案，測(cè)試的流程如圖1所示。通過結(jié)合汽車減速起動(dòng)機(jī)的理論知識(shí)完成減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)，以此來檢測(cè)汽車減速起動(dòng)機(jī)的性能和品質(zhì)。

圖1 數(shù)據(jù)采集過程示意圖

基于LabVIEW虛擬儀器的汽車減速起動(dòng)機(jī)變載荷測(cè)試系統(tǒng)是一個(gè)整合了汽車減速起動(dòng)機(jī)組件與輔助組件的硬件平臺(tái)與LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)的綜合測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)。利用汽車減速起動(dòng)機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)減速起動(dòng)機(jī)的電流、電壓、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩直接進(jìn)行測(cè)量，并能直觀地顯示出減速起動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)以及工作時(shí)的穩(wěn)定性。

1 測(cè)試平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的儀器設(shè)備是由車用蓄電池、汽車減速起動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、行星齒輪減速機(jī)、磁粉制動(dòng)器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、電流檢測(cè)裝置、飛輪裝置、NI數(shù)據(jù)采集卡、試驗(yàn)臺(tái)架和LabVIEW上位機(jī)軟件等組成，如圖2所示。使用此試驗(yàn)平臺(tái)來模擬汽車減速起動(dòng)機(jī)在汽車上的工作狀態(tài)。

1—磁粉制動(dòng)器;2—聯(lián)軸器;3—行星減速機(jī);4—軸承座；5—飛輪;6—減速起動(dòng)機(jī);7—鋁型材;8—萬向輪圖2 測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)UG三維結(jié)構(gòu)圖

對(duì)減速起動(dòng)機(jī)綜合性能測(cè)試項(xiàng)目分析主要參照以下國家標(biāo)準(zhǔn)：

1)QC/T 277—1999《減速起動(dòng)機(jī)特性試驗(yàn)方法》；

2)QC/T731—2005《汽車用減速起動(dòng)機(jī)技術(shù)條件》；

3)QC/T13—2002《汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件》。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求，需要對(duì)減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試的功能項(xiàng)目進(jìn)行確認(rèn)。需要進(jìn)行測(cè)試的性能參數(shù)有轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流等多項(xiàng)參數(shù)。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中首先要對(duì)動(dòng)力模塊進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，在經(jīng)過充分理解汽車減速起動(dòng)機(jī)的理論知識(shí)之后，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的可變負(fù)載來進(jìn)行模擬試驗(yàn)，使用符合檢測(cè)要求的壓力、轉(zhuǎn)速傳感器，并設(shè)計(jì)汽車減速起動(dòng)機(jī)到可變負(fù)載之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。利用美國國家儀器公司的數(shù)據(jù)采集卡來搭建相關(guān)傳感器與LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳遞，然后根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)和所有組件的外形尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)整體尺寸結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計(jì)與校核，最后經(jīng)過理論驗(yàn)證和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行整體布置的設(shè)計(jì)，完成該測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試平臺(tái)是項(xiàng)目研究必要的軟件基礎(chǔ)，是測(cè)試調(diào)試的關(guān)鍵步驟。

2 LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)

LabVIEW是美國國家儀器公司提供的圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。LabVIEW平臺(tái)可以輕松完成軟件與硬件之間的連接和操作，擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，并將處理后的結(jié)果直觀地展示給用戶。為用戶使用虛擬儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)、研究、實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀器的功能時(shí)提供了非常便利的基礎(chǔ)條件，使工作技術(shù)人員能夠高效地完成相應(yīng)的工作。所以選用LabVIEW軟件作為汽車減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的軟件研究平臺(tái)。

汽車減速起動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試程序結(jié)構(gòu)基于LabVIEW平臺(tái)，是由VI前面板的測(cè)試界面部分和內(nèi)部的程序框圖運(yùn)算處理程序部分組成，是使用VI圖標(biāo)和連線代替原有的計(jì)算機(jī)語言文本代碼來創(chuàng)建應(yīng)用程序的開發(fā)工具。LabVIEW測(cè)量程序框圖使用NIDAQ助手進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)測(cè)量與采集，通過LabVIEW軟件的函數(shù)采集功能以及圖表顯示的特殊功能來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理工作?？梢苑奖愣焖俚胤治鏊杉男盘?hào)數(shù)據(jù)?？偨Y(jié)汽車減速起動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)和性能指標(biāo)，確認(rèn)減速起動(dòng)機(jī)是否符合實(shí)際需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)等指標(biāo)。此汽車減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架顯示出了新型測(cè)試技術(shù)的先進(jìn)性與重要性，在教育和科學(xué)研究領(lǐng)域有待推廣。

3 轉(zhuǎn)速、電流、壓力測(cè)量程序

轉(zhuǎn)速測(cè)量采用的是霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器，通過檢測(cè)信號(hào)頻率的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，測(cè)試程序如圖3所示。測(cè)試程序通過LabVIEW虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集DAQ助手將采集到的減速起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電流參數(shù)使用專用的處理函數(shù)進(jìn)行處理。在程序設(shè)計(jì)的過程中還要考慮到測(cè)量信號(hào)時(shí)外部信號(hào)干擾的因素，所以要對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行高通、低通濾波處理來獲得平滑的數(shù)據(jù)信號(hào)。再是使用LabVIEW虛擬儀器功能提供的單頻率測(cè)量函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率測(cè)量，根據(jù)轉(zhuǎn)速和信號(hào)頻率之間的關(guān)系就可以間接獲取減速起動(dòng)機(jī)在不同工況下的轉(zhuǎn)速情況。轉(zhuǎn)速測(cè)量程序調(diào)試的結(jié)果如圖4所示。

圖3 轉(zhuǎn)速測(cè)量程序

圖4 轉(zhuǎn)速測(cè)量界面

利用霍爾效應(yīng)來測(cè)量電流和轉(zhuǎn)速的信號(hào)，對(duì)汽車減速起動(dòng)機(jī)兩端的電流和減速起動(dòng)機(jī)齒輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，最后得到在不同情況下與真實(shí)結(jié)果相符的數(shù)值。程序如圖5、圖6所示，首先在LabVIEW中使用DAQ助手來配置電流信號(hào)采集單元，然后對(duì)采集到的信號(hào)通過幅值和電平測(cè)量函數(shù)來獲取電流信號(hào)的均值和均方根，從而獲得汽車減速起動(dòng)機(jī)在不同時(shí)刻的電流值和轉(zhuǎn)速值，再通過虛擬儀器的顯示控件將結(jié)果顯示在程序前面板上。

圖5 電流測(cè)量程序

圖6 同時(shí)刻轉(zhuǎn)速、電流采集程序

運(yùn)行轉(zhuǎn)速和壓力測(cè)量程序，在前面板上可以實(shí)時(shí)顯示出汽車減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨電流變化關(guān)系曲線，和在不同時(shí)刻減速起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值大小的實(shí)時(shí)數(shù)值顯示，如圖7所示。

圖7 電流顯示模塊

4 汽車減速起動(dòng)機(jī)的輸出特性

汽車減速起動(dòng)機(jī)輸出特性是指減速起動(dòng)機(jī)兩端的電壓保持不變時(shí)，減速起動(dòng)機(jī)的電流和減速起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。減速起動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速和全負(fù)荷轉(zhuǎn)矩是判定減速起動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)，所以減速起動(dòng)機(jī)的輸出特性曲線測(cè)定是很有必要的。減速起動(dòng)機(jī)輸出特性曲線程序使用DAQ助手來采集數(shù)據(jù)、信號(hào)調(diào)理函數(shù)來處理采集到的不同時(shí)刻的電流和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，然后將處理過的數(shù)據(jù)通過電子表格函數(shù)記錄到Excel電子表格中，再讀取出電子表格中的數(shù)據(jù)在LabVIEW中生成二維數(shù)組，利用XY圖的顯示控件將顯示出的數(shù)據(jù)各個(gè)點(diǎn)依次連接起來后就能顯示出輸出特性曲線。輸出特性曲線程序如圖8所示，轉(zhuǎn)速輸出特性擬合曲線如圖9所示。

圖8 輸出特性曲線程序

圖9 轉(zhuǎn)速輸出特性擬合曲線

5 結(jié)束語

相比較于國內(nèi)汽車減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)，本文介紹了以計(jì)算機(jī)為核心的汽車減速起動(dòng)機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示和信號(hào)輸出控制。測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試程序在不同工況和不同轉(zhuǎn)速下對(duì)減速起動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量，可以滿足減速起動(dòng)機(jī)測(cè)試的性能參數(shù)指標(biāo)和項(xiàng)目要求，還體現(xiàn)出該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試效率高、可擴(kuò)展性好、處理測(cè)試數(shù)據(jù)能力強(qiáng)和工作耐久性良好等特點(diǎn)。

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Automotive starter test based on LabVIEW system design

CHEN Dongxu，LI Mengkai,JIN Haoran,CHEN Wu

(College of Automobile and Traffic Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China)

This paper introduces the vehicle decelerating starter test system on structure, design and function, implementation, in which the LabVIEW virtual instrument platform is used to design the performance parameter test of decelerating starter test system. The LabVIEW virtual instrument technology, can greatly reduce the slow starter in the process of testing cost, for more convenient and practical. This system can test the automobile starter on torque, rotational speed and main performance parameters such as current, voltage test. The starter test system can provide a good learning platform, to find and solve the problem of slow starter of some special, so the testing system can serve a simple interactive interface, low maintenance cost, and convenient extension.

automobile slow starter; testing technology; LabVIEW; signal acquisition; data processing

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.06.006

2017-07-02

陳東旭(1994-)，男，本科生，研究方向：汽車試驗(yàn).

U467.5

A

1671-4679(2017)06-0029-05

[責(zé)任編輯：劉文霞]