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第26卷第3期 武汉理工大学学报信息与管理工程版 6 2004年6月 F 004一：2=z=一文章编号：1007144X(2004)03018504虚拟仪器技术在汽车底盘测功机测控系统中的应用王 勇，张昌华，邓楚南(武汉理工大学汽车工程学院。湖北武汉430070)摘 要：在对底盘测功机测控系统结构研究和分析的基础上，给出了一套基于虚拟仪器技术的车辆动力性测试测控系统组成方案。对于构成底盘测功机测控系统的数据采集系统的构成、模拟行驶阻力的原理和测控系统的图形化编程进行了介绍。对建立的测控系统程序的结构和特点进行了详细的分析。关键词：虚拟仪器；底盘测功机；2707 文献标识码； 言汽车底盘测功机是一种室内大型的汽车试验设备，是一种完成汽车整车试验的台架试验系统。传统的底盘测功机测控系统由传感器、多路信号处理器、业控制测试主机和X统构成比较复杂，测控系统的程序一般由序调试和参数的修改均比较繁琐。基于传感器，信号调理电路，数据采集卡构成数据采集系统。系统通过图形化程序对模拟行驶阻力进行计算，通过数据采集卡输出模拟直流电压信号，再通过信号处理和电路转换产生激磁电流，并通过电涡流测功机对测试车辆进行加载。整个测控系统结构简单，程序的设计和调试工作量小，测试采集量和数据计算结果的显示通过一个理想的汽车底盘测功机测控平台。笔者将以底盘测功机动力性测试的测控系统为研究对象，探讨虚拟仪器在该测控系统中的应用。2基于虚拟仪器的底盘测功机测控系统底盘测功机的系统结构图见文献1。对于车辆动力性测试的测试系统而言，底盘测功机的测控系统可分为3个子系统：数据采集系统，其功能是实时采集滚筒的转速及扭矩信号；行驶阻力模拟程序以及底盘测功机功能扩展程序，其功能为处理所采集的数据，计算加载值以及显示测试系统所需的输出量；控制系统，其功能是根据程序计算得到的模拟阻力矩输出量，通过输出信号处理和电路转换生成按标定确定的激磁电流，由电涡流测功机对车辆进行加载。基于虚拟仪器的底盘测功机测控系统由传感器，数据采集卡，系统结构总图如图1所示。图1基于虚拟仪器的底盘测功机测控系统结构图3基于虚拟仪器的数据采集系统(1传感器及调理电路除了那些大小合适的电压信号可以直接进入虚拟仪器平台外，大多数被测信号只有经由传感器及其调理电路才能进入虚拟仪器系统。(1)传感器。传感器完成信号的获得，它将被测参量转换成相应的可用输入信号。收稿日期：20040305作者简介978一)，男湖北武汉人，武汉理工大学汽车工程学院硕士研究生基金项目：湖北省科技攻关资助项目(2003万方数据万方数据186 武汉理工大学学报信息与管理工程版 2004年6月(2)信号调理电路。来自传感器的输出信号通常含有噪声以及其他的干扰信号的微弱信号，故调理电路的基本作用有3个：将微弱电压信号放大；将非电压输出信号转换为电压信号；滤除高频干扰，限制信号的最高频率L。，避免其产生混淆或重叠。32数据采集卡及虚拟仪器硬件平台虚拟仪器的硬件平台由据采集卡由以下几个部分组成：(1)多路开关。将各路信号轮流切换到放大器的输入端，实现多路参数多路信号的分时采集。(2)放大器。将前一级多路开关切换进入待采集信号放大至采样环节的量程范围内。(3)采样保持器。取出待测信号在某一瞬时的值(即实现信号的时间离散化)，并在A4)A输入的模拟量转化为数字量输出，并完成信号幅值的量化。数据采集系统及虚拟仪器硬件平台负责将底盘测功机上滚筒的转速及扭矩信号通过数据采集卡的I根据数据采集卡的接口程序将所需的测试数据传递给行驶阻力模拟程序。4底盘测功机模拟行驶阻力原理在坡道路面上加速行驶时，汽车的行驶阻力包含滚动阻力、迎风阻力、坡道阻力和加速阻力2。其模拟阻力矩的数学模型可由式(1)表示：舰一。+F。r。+坼 (1)式中，r。为滚筒半径；Ftr。为路面上滚动阻力转换到滚筒上的阻力矩；。=。，。为空气阻力转换到滚筒上的阻力矩，F，13i=(a。研，：一J。)：坼一r。+r。+用电模拟时，通过测量滚筒的角速度按照m，：一J。)中，为换算系数，由艿：一艿一艿。确定。式中，占为汽车的旋转质量换算系数，艿。为发动机飞轮、传动系旋转件及驱动轮等的旋转质量换算为平移质量的换算系数。由此，尬可改写为式(2)。以=。+0613(疗2J。)1 r。+(2)式中，厂为道路滚动阻力系数；为汽车迎风面积；，为轮胎在滚筒上的滚动阻力系数。式(2)为电模拟实时生成汽车行驶阻力矩的理论依据。汽车底盘测功机上若安装电涡流测功机，其输入电流与吸收扭矩有明确的对应关系。当m、f、。、J。、mk、时测量滚筒转速和扭矩，按照可按式(2)计算出所需的被测车辆行驶阻力。然后转换成加载力矩并输出对应的模拟直流电压从而对车辆进行加载。5 基于虚拟软件开发工具3。它是一种图形编程语言，其编程过程就是通过图形符号描述程序的行为，从而构成用户需要的虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用相同的硬件系统，通过不同的软件编程，就可以实现功能完全不同的测量仪器。对于底盘测功机动力性测试的多功能测试要求，用户可以根据各测试功能的需要将具有一种或多功能的通用模块相结合，并且调用不同功能的软件模块，就能完成不同的测试任务。底盘测功机测控系统通过软件编程设计各种测量模块，完成各种测量任务的程序设计；通过软件编程输出吸功设备所需的激磁电流放大信号，控制吸功设备的加载。为各测试功能模块设计相应的面板，并按底盘测功机的试验要求设计结果显示系统。一个行驶阻力模拟图形化程序如图2所示。输入为滚筒转速以及主滚筒扭矩，输出为实时计算出的模拟加载阻力矩对应的模拟直流电压。51信号测量模块由图2可见，对于底盘测功机的测试过程使用当发出开始信号时，数据采集系统开始实时采集数据，模拟万方数据万方数据第26卷第3期 王 勇等：虚拟仪器技术在汽车底盘测功机测控系统中的应用 187图2 基于2左方为滚筒转速和扭矩传感器的信号接收模块。块名为：块内部程序结构如图3所示。图3模拟量数据采集模块由图3所示，滚筒转速以及扭矩的测量数据，由传感器以模拟直流电压的形式传输到数据采集卡的输入通道。以通过u置完成后，数据采集模块将接收到各测量数据，经过由传感器决定的实际测量值和电压值的标定过程后，2各行驶阻力计算的子15分别给出5项模拟行驶阻力的计算。子使时，极大程度地简化了总体框图的结构和层次。子子底盘测功机的控制系统中，部分子样可以避免在修改参数时频繁地进出子使参数的设置情况一目了然。可以看到，使用子个图形化编程的结构十分清晰，便于参数改变后对整个程序的修改和调试。子构图如图4所示。图4加速阻力计算子筒半径、整车质量以及质量换算系数。对于滚筒角加速度的计算可由if成。此模块的功能是把速度信号按等距离离散化生成一系列数列，然后对生成的数列每相邻两点进行微分，近似求出该段中点处的导数，然后输出各点导数即为角加速度数列。得到加速度数值后，再按上文的计算公式以图形化程序进行计算即可得到模拟的加速阻力作为此子3控制信号的输出由图2程序计算出的模拟加载阻力矩为控制量的输出信号，对这个输出量进行标定后，一定的模拟加载阻力矩对应一定大小的模拟直流电压。万方数据万方数据188 武汉理工大学学报信息与管理工程版 2004年6月输出电压将通过指定的数据采集卡输出通道输出给信号处理及电路转换系统。图2右方为控制量输出模块，模块名为：号的参数由此模块进行配置。6结束语由虚拟仪器技术构建的底盘测功机测控系统主要由数据采集系统和基于I。普通虚拟仪器的硬件和软件进行一定的配置后，就可以通过加载设备对模拟车辆行驶阻力进行实时的控制，从而较精确地模拟车辆的行驶状况。与传统底盘测功机的测控系统相比，基于虚拟仪器技术的测控系统结构简单，硬件驱动均有相应的配套软件给予支持。同时，基于形化程序的特点使程序结构清晰，便于调试和修改。子用不同的子过虚拟仪器构成的底盘测功机演示系统也可以借助普通据的存储和打印也可以通过拟仪器技术将在今后会更好地应用于汽车测试平台当中。参考文献：1鲁统利，陈德元大型汽车底盘动态模拟测功机测控系统汽车工程，1999(2)：118123楚南，何力生汽车底盘测功机加速性能试验的原理与方法J武汉汽车工业大学学报，1997，19(5)：143 H乔瑞萍，林欣译北京：电子工业出版社。2003of he of is is he D of PS he tO t is it is tO PS ey 30070，上接第184页)of i 辑：王志全he is a on he of is O t is of of is in ey l 30070编辑：王志全万方数据万方数据虚拟仪器技术在汽车底盘测功机测控系统中的应用作者： 王勇， 张昌华， 邓楚南作者单位： 武汉理工大学汽车工程学院,湖北,武汉,430070刊名： 武汉理工大学学报(信息与管理工程版)英文刊名： F F ，卷(期)： 2004，26(3)被引用次数： 2次参考文献(3条)型汽车底盘动态模拟测功机测控系统 1999(02)车底盘测功机加速性能试验的原理与方法 1997(05) 003相似文献(10条)于006底盘测功机是一种不解体检验摩托车性能的检测设备,通过在室内台架上进行模拟道路行驶工况来检测摩托车的动力性、计模糊控制伟 电动汽车底盘测功机的开发与研究 2005当今世界关于环境和能源的问题备受关注,为了解决这些问题,电动汽车呈现加速发展的趋势,电动汽车的研发任务日趋紧迫,动汽车底盘测功机)对电动汽车整车包括电池、电机、能量管理系统和制动能量回收系统等进行综合试验,消除了无需研究的因素,显著缩短了试验周期,在某些方面可获得精度更高、63电动汽车项目的项目成员之一,为了对所开发的电动汽车进行各方面的性能测试,专门提出将电动汽车测试平台作学校的211建设工程来研究开发,其主要目的就是开发适用于电动汽车性能测试的底盘测功机,动汽车测试技术的发展情况和本课题的来源、研究目标及其主要工作方向;紧接着将电动汽车和内燃机汽车的工作特性做了相关比较,研究了电动汽车驱动力及其电动机功率计算的方法;然后介绍了电动汽车驱动电机的不同的结构型式,为电动汽车底盘测功机的结构及功能的设计提供了参考;接着提出了本课题设计的电动汽车底盘测功机所要达到的功能要求;在此基础上,对电动汽车底盘测功机的结构进行了设计,并选择了直流电机作为电动汽车底盘测功机的加载装置,并建立了直流电力测功机的控制模型,设计了电动汽车底盘测功机的测量和控制系统;最后对电动汽车底盘测功机的软件开发进行了研究,基于先进的测试理念软件即仪器为指导,主要是利用于时间、条件和能力的限制,络化虚拟仪器技术及其在汽车测试系统中的应用 )介绍了网络化虚拟仪器的概念,总结了目前组建网络化虚拟仪器的模式,于电子测量技术2007,30(3)底盘测功机是一种不解体检验摩托车性能的检测设备,通过在室内台架上进行模拟道路行驶工况来检测摩托车的动力性、计模糊控制则进 基于超声波及虚拟仪器的汽车不解体油耗检测系统 2006本论文的目的就是研制出一套不解体油耗检测系统。首先对不解体油耗检测的技术进行了研究，通过对各类检测技术的理论研究，得出了适合的油耗检测技术超声波检测技术。从检测的实际情况出发，选用了适合于不解体油耗检测的超声波传感器选用及安装方案。根据实际需要，我们设计了以反拖型汽车底盘测功机为基础的检测平台，通过对汽车在测功机上的模拟道路行驶，进行即时检测，满足了检测的现场需要。同时，在进行汽车油耗性能试验时，需测取的参数有流量、转数等信号，这些若以人工读取表计的方法，不仅耗时费力，而且在人工读数及记录过程中易产生各种误差，试验的精度难以得到保证。为此本课题研究开发了以利用虚拟仪器技术开发了上位机的软件系统，以美国国家仪器(司开发的合必要的传感器、信号调理器和数据采集卡组成的多通道油耗检测虚拟仪器系统。该系统在计算机上通过软件控制数据采集、数据分析并显示结果，而且根据国家的汽车油耗检测国家标准的要求，编写的能对检测的的数据进行存储、查询和修改的数据库系统，通过这些设计能满足用户的检测需要。于电子测量技术2007,30(2)底盘测功机是一种不解体检验摩托车性能的检测设备,通过在室内台架上进行模拟道路行驶工况来检测摩托车的动力性、计模糊控制于超声波及虚拟仪器的汽车不解体油耗检测系统 2007本文设计了多通道汽车油耗检测系统。该系统以合必要的传感器、信号调理器和数据采集卡构建了检测系统硬件平台,其软件基于虚拟仪器技术。该系统是以反拖型汽车底盘测功机为基础的检测平台,通过汽车的模拟道路行驶,可自动实现超声波即时检测、数据采集、数据分析和结果显示。同时开发了对检测数据进行存储、查询和百公里油耗值计算的数据库系统。乐涛 四轮独立驱动电动汽车用底盘测功机的研究 2009现代车辆的动力传动装置主要有机械、液力、液压和电力四种形式。电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动汽车的四个车轮，车轮之间没有机械传动环节。既完全消除了传动中的机械磨损与损耗，提高了传动效率，又在相比之下具有较小的体积和最轻的重量，车轮空间也能得到有效利用。同时电动汽车在环保和节能方面具有不可比拟的优势，因此将成为21世纪重要的绿色交通工具。目前，电动汽车技术的研发已成为各国政府和汽车行业的热点。目前，国内外进行电动汽车的研究主要通过计算机仿真、室外道路实车试验和室内台架试验三种方法来进行，本文分析了这三种试验方法的优缺点，指出了室内台架试验（底盘测功机）的优势所在。本文所开