基于虚拟仪器的汽车平顺性试验系统

虚拟仪器

第11卷　第1期2009年1月

军事交通学院学报

Journal

ofAcademyofMilitaryTransportation

Vol.11　No.1January2009

●军用车辆工程　MilitaryVehicleEngineering

孙协胜,李树珉,1

2

1

(1.军事交通学院汽车指挥系,天津2.300161)

摘　要:VIE“汽车平顺性试验系统”,通过试验系统的硬件设计、软件开发和试验验证,。

关键词:虚拟仪器;LabVIEW;平顺性中图分类号:TP206.1　　　文献标志码:A　　　文章编号:1674-2192(2009)01-0065-04

ResearchontheAutomobileSmoothnessExperiment

SystemBasedonVirtualInstrument

SUNXie-sheng,LIShu-min,WENMao-lu,ZHAOXin-shun

1

2

1

1

(1.AutomobileTransportCommandDepartment,AcademyofMilitaryTransportation,Tianjin300161,China;

2.ForeignDepartment,AcademyofMilitaryTransportation,Tianjin300161,China)

Abstract:Thispaperdevelops“AutomobileSmoothnessExperimentSystem”byLabVIEWandrealizesthetestfunctionofautomobile’sgoingsmoothlythroughexperimentsystemsoftwaredesign,hardwaredesignandexperimentverification.Keywords:virtualinstrument;LabVIEW;smoothness

汽车在道路上行驶时,会因路面凹凸不平而产生振动。汽车平顺性试验就是评价汽车因振动使乘客感到不舒服或疲劳程度的试验。汽车平顺性传统的试验方法通常是测量振动加速度值,然后由平顺性信号记录仪和分析仪处理试验数据,获得汽车平顺性指标。由于所有的数据采集、处理和显示任务都由设备内部的单片机系统来完成,单片机系统本身的硬件功能的局限性决定了测试不可能获得大量的试验数据和精确的测试结果。90年代以来,虚拟仪器技术以其优越的性价比和灵活快捷的构建方式得到广泛的研究和应用。结合这一技术,本文以LabVIEW为软件平台

[1]

开发汽车平顺性试验系统,克服了传统模拟仪器完全由生产厂商在产品出厂前定义好特定的功能,避免了传统仪器体积庞大,功能单一,价格昂贵,开放性差等缺点。

虚拟仪器是电子技术、计算机技术和测控技术相结合的产物,它以计算机为平台,充分利用计算机丰富的软硬件资源来完成传统仪器的数据采集、处理和结果显示等功能。它借助专用的仪器硬件作为数据采集设备,可以实现大量、多向的数据采集;采用通用计算机作为数据处理和结果显示的平台,可以利用各种复杂的数学算法进行信号的后续处理。

　收稿日期:2008-06-08;修回日期:2008-08-16.

作者简介:孙协胜(1978—　),男,硕士,讲师.

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军　事　交　通　学　院　学　报第11卷　第1期

1　平顺性试验的评价指标及要求

[2]

展和完善做了充分的准备。

2.1.1　电荷放大电路设计

根据所用压电传感器鉴定证书,结合振动信

[3]

号的特点,我们设计了电荷放大电路,如图2所示。从传感器来的电荷通过电容C1转换成电压,,噪声增益是1/CT,大器低定于R1C1或R1

(R),1/R5C3。

汽车行驶时,会因路面不平而产生振动。汽车平顺性试验就是评价汽车因振动使驾驶员和乘客感到不舒适或疲劳程度的试验,汽车行驶平顺性是汽车基本性能指标之一。

以前评价指标对人体的评价,用疲劳-功效界限Tfd、降低舒适界限Tcd方根值σw等指标;,r.m.s。现在,展趋势,对人体的评价,仅采用加权加速度均方根值σw;对货车车厢振动的评价,仍用加速度均方根值σr.m.s和加速度功率谱密度函数。

测量参数主要是汽车加速度及速度。处理系统按照标准GB/T4970-1996的要求经过计算得到1/3倍频程加速度均方根值和1/3倍频程总的加速度加权均方根值并进行比较。

图2　电荷放大电路原理图

2　汽车平顺性试验系统设计

汽车平顺性试验系统的原理是通过传感器从

汽车有关部位采集信号,这些信号经调理后,由数据采集硬件进行采集,然后将信号送往主机,在相应软件支持下,通过键盘操作完成车辆各参数设置和性能测试,测试结果由屏幕显示或由打印机打印输出。其总体结构框图如图1所示

。

2.1.2　速度信号放大电路设计

在测速过程中,当速度在0.5～250km/h时,其输出信号频率范围可达30～18000Hz,其频率跨度达3个数量级,且信噪比低,信号波形杂乱。因此这种信号必须由前置调理电路处理后方能为微机系统所使用。

虽然信号在传感器内部已经经过了一次前置放大,但是为了能够进行后续处理,仍需要对传感

器输出的信号再次放大。为了有效地抑制加在放大电路中的干扰信号,本系统采用具有高阻抗、低噪声、低飘移的集成运算放大器构成放大电路。设计电路如图3所示。

图1　系统总体结构框图

2.1　系统硬件设计

在系统硬件设计中,选用SG1410座垫型三向

加速度传感器和LC-1100非接触式光电速度传感器;在数据采集卡的选择过程中,选用NI公司的DAQCard-6024E数据采集卡,该采集卡不仅能够满足平顺性数据采集速度和精度要求,而且能够满足其他性能测试的要求,为今后的系统扩

图3　速度信号放大电路原理图

该放大电路是由两级联式反向放大器组成。

放大电路总增益(AVT)等于第1级增益(AV1)乘第

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2009年1月孙协胜等:基于虚拟仪器的汽车平顺性试验系统

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2级增益(AV2),即

AVT+AV1×AV2=(-R2R1

)×(-R5R4

)R2R1

R5R4

根据主界面的操作按钮的功能,本文设计了

各功能子模块。具体包括:数据采集子模块、数据存储子模块、数据回放子模块、报表生成子模块、打印子模块等。数据分析处理子模块,包括“悬挂系统固有频率与阻尼比测定试验”数据分析、“汽车平顺性随机输入行驶试验”。软件助手来实现,、输出。采集模块的

5所示。

2.2　系统软件设计

系统软件开发工具选用的是NI公司的图形化编程语言LabVIEW,它是NI公司以虚拟仪器概念为基础开发的。LabVIEW为用户提供了简单、直观、易学的图形编程法,是把复杂、繁琐、费时的能,程方式。LabVIEW单、方便、。

[5-6]

2.2.1　主程序层用户界面设计

用户界面是主程序层的重要组成部分,是用户对程序进行控制的桥梁。LabVIEW提供了多种工具用于前面板的有效设计。用户界面的设计不应当仅仅是满足试验功能的需要,而且要尽量使用户界面友好、人性化。主程序层用户界面前面板如图4所示

。

[4]

图4　汽车平顺性随机输入行驶试验前面板图5　采集模块流程图

界面左侧设计为图形显示窗口,上显示窗口

可以显示振动信号时域波形,下显示窗口显示振动信号的自功率谱。

界面右侧上半部分设计为操作按钮,包括:“设置测量参数”、“开始测试”、“停止测试”、“显示测试结果”、“存储测试数据”、“生成测试报表”和“退出测试”等。

界面右侧下半部分是汽车平顺性随机输入行驶试验的结果框,是试验数据显示窗口。通过对原始信号的实时分析,得到加速度均方根、降低舒适界限和等效均值等数据。2.2.2　各功能模块

本文以“汽车平顺性随机输入行驶试验”数据

分析模块做具体说明。

在“汽车平顺性随机输入行驶试验”中,首先对信号进行低通滤波处理,使用巴特沃斯(B

utter2worth)

滤波器,设置滤波器采样率为1000Hz,数字滤波截止频率为100Hz,滤波阶次为5。

处理后,进行自

对信号进行加窗(Hanning)

功率谱

运算,得到自功率谱密度函数曲线。

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根据相关公式,计算出加速度均方根、等效均

值和降低舒适界限数值。系统框图如图6所示

。

图6　随机输入行驶试验数据分析系统框图

2.3　结果与分析

块,以便实现更多的试验分析功能。

在验证平顺性指标时,主要考虑加权加速度均方根值,根据GB/T4970-1996中列出的相关计算公式,计算出加速度均方根值。

通过试验数据分析,该车司机座椅的加权加

22

速度均方根值为0.5630m/s,小于0.7079m/s的限值;等效均值为115.0dB,小于117.0dB的限值;降低舒适界限值为1.665h,大于1.0h的限值。从所得数值与限值比较可知:该车符合标准要求。

参考文献:

[1]　安相璧.汽车试验工程[M].北京:国防工业出版社,2006:

241.

[2]　GB/T4970-1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法[S].

北京:国家技术监督局,1996.

[3]　赵负图.信号采集与处理集成电路手册[M].北京:化学出

版社,2002:617.

[4]　BishopRH.LearningwithLabVIEW7Express[M].U.S.A

Seatal:PearsonEducation,2005:101-183.

[5]　bviewbasedElectromotorDataAcquisitionandAnal2

ysisSystem[J].ISTM/2005.7506274450:695-698.

[6]　李青霞.基于Labview的车辆平顺性测试与评价系统[J].工

3　结论

1)基于LabVIEW开发汽车平顺性试验系统

基本实现了了传统测试仪器的功能,与传统测试

仪器相比较,提高了开放性,增强了功能性,性价比也更高。

2)用户可以根据实际情况添加新的功能模

程机械,2003(7):21-25.

[7]　侯国屏.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京:清

华大学出版社,2005:178-240.

(编辑:关立哲)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9nb4.html