10.16638/jki.1671-7988.2017.02.063
基于LabVIEW的汽车动力性测试分析系统的研究
赵海宾
（河北交通职业技术学院汽车工程系，河北石家庄050035）
摘要：针对当前汽车动力性的测试方法单一且可分析性差的问题，基于虚拟仪器技术建立了汽车动力性测试系统。系统以图形化编程语言LabVIEW为软件开发平台，配以笔记本电脑、传感器、信号调理卡和数据采集卡组成。该系统可以完成对汽车动力性的数据采集、处理、分析和显示功能。
关键词：LabVIEW；动力性；数据采集
中图分类号：U461.8 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)02-187-02
The automobile performance test and analysis system based on LabVIEW
Zhao Haibin
( Department of Automobile Engineering, Hebei Jiaotong V ocational&Technical College, Hebei Shijiazhuang 050035 )
Abstract:In view of the current automobile power performance test method of the single and analytical problem of poor, automobile power performance test system was built based on virtual instrument technology. System with LabVIEW graphical programming language for software development platform, with a laptop computer, sensors, data acquisition card and a data acquisition card. The system can complete data acquisition, processing, analysis of the automobile power performance and display function.
Keywords: LabVIEW; Dynamic property; Data acquisition
CLC NO.: U461.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)02-187-02
引言
汽车测速器由于现代汽车结构和使用条件的日趋复杂, 汽车生产厂家需要在汽车设计生产过程中进一步控制汽车的性能，使其具有很高的实用性和经济效益。但传统检测仪器由于出厂前已定义好，用户无法更改[1]，只能实现特定的功能。存在扩展能力低以及开放性差的缺点，很难满足当前需要。为提高测试效率，适应
在速度、准确度、数据分析以及现场实用性等方面日益提高的测试要求，结合NI公司的软、硬件构建了汽车动力性测试分析系统。
1、测试系统建立的理论依据
根据汽车的动力性评价指标：最高车速V max、加速时间t 和爬坡能力i max。该系统动力性能的测试包括最高车速试验，加速性能试验和最低稳定车速试验。
2、测试系统的组成
汽车动力性测试分析系统是通过虚拟仪器技术来完成对传感器发出的速度信号的采集、处理和分析。借助软件来实现采集、显示、分析等功能。该系统由软件和硬件两部分构成。
2.1 系统的硬件组成
硬件部分主要由OES-Ⅱ非接触测长测速传感器、DAQ card-AI-16E-4(NI-6041E)数据采集卡、SC-2040数据保持卡、自行设计制作的电压转换器和笔记本电脑组成。
测试系统硬件结构如图1所示：
图1 系统硬件结构图
作者简介：赵海宾，男，(1978.10-)，就职于河北交通职业技术学院，讲师，毕业于河北工业大学车辆工程专业，硕士研究生。研究方向：汽车电子控制技术及故障诊断。基金项目：2015年度河北省科学技术厅河北省科技计划项目《基于LabVIEW的汽车整车性能测试分析系统的研究》的研究成果之一。项目编号：15212216。
赵海宾：基于LabVIEW的汽车动力性测试分析系统的研究188 2017年第2期
2.2 系统的软件组成
软件部分是测试系统的核心部分，主要实现速度传感器信号的采集、分析并显示车辆行驶的实时速度、路程、最大加速度。测试系统以图形化编程语言LabVIEW为工具，编写汽车动力性测试系统程序。
2.2.1 动力性测试的主界面系统设计
汽车动力性测试系统的主程序主要是用来控制各子程序和功能模块之间的关系。主程序的前面板界面是根据国家标准GB/T 12544—90试验标准的需要设计的。包括传感器的标定按扭、传感器信号采集按扭、最高车速试验按扭和加速性能试验按扭[2]。动力性测试的主界面如图2所示。
图2 动力性测试系统的主操作界面
2.2.2 动力性信号采集界面设计
数据采集提供了整个测试系统的数据来源，是虚拟仪器的重要组成部分。
数据采集子程序的设计中考虑到了数字滤波功能的设计，National Instruments公司的Digital Filter Design Toolkit(数字滤波器设计工具库) [3] 。它是各种数字滤波器设计及检测的单独运行软件。
2.2.3 速度性能测试程序设计
图3 速度计算程序框图
速度的计算方法：首先应根据车速的不同来选择适合的采样频率，再根据不同的采样频率来决定采样点数，使得一次采样的速度的计算值可以实现并较为合理。由于一次采样的时间很短可以近似的认为这段采样时间内的速度就是车辆的瞬时速度。每一次采样汽车行驶速度V由采样时间、本次采样的距离、脉冲个数和速度传感器灵敏度系数确定。速度计算程序后面板如图3所示。
2.2.4 加速性能测试界面设计
汽车行驶加速度的计算，根据两次相邻采样的汽车速度差和两次采样间隔的时间差，再根据下列公式计算：
a=(Vt-V0)/t
式中： Vt—本周期的车速，单位Km/h；
V0—上一个周期的车速，单位Km/h；
t—为两个采样之间的间隔，单位s
求得每一次采样的加速度值，由于两次采样间隔时间非常短，最大为0.1秒或更小，可以近似认为计算值为加速度瞬时值。经过格式转换后可以显示在图表中，特定速度区间的加速时间也可以在设定的速度区间中显示。加速度的显示通过前面板的图表来显示，当图表生成后可以通过图表中的游标来拾取数值，且可以同时使用多个游标。以实现拾取任意速度之间的加速时间既可以从0开始加速，也可以从任意速度值开始，这就为测试带来方便。
加速性能测试界面如图4所示。
图4 加速性能测试界面
3、系统的测试实验和验证
为了验证动力性测试程序的准确性和快速性，使用该系统进行了实际测试工作。采用天汽美亚骑兵TM6500A轻型越野车为试验车，在HPA底盘测功机上对试验车进行空载速度试验。由传感器直接照射转鼓来获取信号。信号通过Butterworth滤波器带通滤波，带通频率为10HZ~200kHZ[4]。根据场地条件采用汽车电瓶作为照明灯电源。备用汽车电瓶经自制变压转换器，降低电压后单独作为传感器电源。
汽车由静止开始逐渐增加车速，从系统速度曲线和数据可以得到车辆的最高车速。同时，从速度曲线上可以直接获得任意时间的速度值和任意两个速度之间的加速时间（加速时间可以由坐标拾取功能获得），从而，可以求得任意时间段的加速度值。
4、结论
从整个测试过程和实验分析结果来看，基于LabVIEW 开发车辆汽车性能测试分析系统是可行的，并且复现性能好，能较精确地反映测试实验数据。
参考文献
[1] 严一平.虚拟仪器技术和发展趋势〔J〕.上海计量测试,2009，(03):16
~ 17.
[2] 鲍晓峰.汽车试验与检测.北京：机械工业出版社,2015.24 ~33.
[3] National Instruments Corp．Signal Processing Toolset Reference
Manual.Austin, Texas USA．January 1999.25 ~85.
[4] 吴湘淇.信号系统与信号处理.北京：电子工业出版社.2008.55 ~ 97.