基于Lab Windows/CVI的汽車轉鼓實驗臺測控系統的設計

1 引言

汽車轉鼓實驗臺（又稱底盤測功機）是一種大型室內汽車試驗設備，是一種完成汽車整車試驗的臺架試驗系統。傳統的轉鼓實驗臺測控系統由傳感器、多路信號處理器、AD/DA轉換器，工業控制測試主機和X-Y曲線繪圖儀等設備組成。系統構成比較復雜，測控系統的程序一般由VC或其他高級編程語言構成，程序調試和參數的修改均比較繁瑣。基于Lab Windows/CVI語言的虛擬儀器測控系統，以傳感器，信號調理電路，數據采集卡構成數據采集系統。系統通過計算模擬行駛阻力，通過數據采集卡輸出模擬直流電壓信號，再通過信號處理和電路轉換產生激磁電流，并通過同步交流電機對測試車輛進行加載。整個測控系統結構簡單，程序的設計和調試工作量小，測試采集量和數據計算結果的顯示通過工控機顯示器完成，是一個理想的汽車轉鼓實驗臺測控平臺。本文將以轉鼓實驗臺動力性測試的測控系統為研究對象，探討虛擬儀器在該測控系統中的應用。

2 基于Lab Windows/CVI的汽車轉鼓實驗臺測控系統

對于車輛動力性測試的測試系統而言, 汽車轉鼓實驗臺的測控系統可分為3個模塊：①數據采集模塊，其功能是實時采集滾筒的轉速及扭矩信號；②行駛阻力模擬程序以及轉鼓實驗臺功能擴展程序，其功能為處理所采集的數據，計算模擬加載阻力值以及顯示測試系統所需的輸出量；③控制模塊, 其功能是根據程序計算得到的模擬阻力值，通過輸出信號處理和電路轉換生成按標定確定的激磁電流，由交流電機對車輛進行加載。

基于虛擬儀器的轉鼓實驗臺測控系統由傳感器，數據采集卡，工控機和虛擬測控軟件Lab Windows/CVI的程序構成, 其系統結構總圖如圖1所示。

圖1　基于虛擬儀器的轉鼓實驗臺測控系統結構圖

3 基于虛擬儀器的數據采集系統硬件

虛擬儀器的硬件平臺由PC計算機、中泰PCI-7333數據采集卡，配以相應的傳感器組成。

3.1 傳感器及調理電路

（1）傳感器。傳感器完成信號的獲得, 它將被測參量轉換成相應的可用輸入信號。

（2）信號調理電路。通常，傳感器信號不能直接轉換為數字數據，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數字數據之前必須進行調理。調理就是放大，緩沖或標定模擬信號，使其符合數據采集卡量程范圍。然后，經數據采集卡的A/D轉換器對模擬信號進行數字化，并把數字信號送到微控制器或其他數字器件，以便用于系統的數據處理。

3.2 數據采集卡及虛擬儀器硬件平臺

本實驗系統采用中泰PCI-7333數據采集卡。PCI-7333多功能數據采集卡適用于提供PCI總線插槽的PC系列微機，具有16路模擬輸入通道和2路模擬輸出通道和即插即用（PnP)等功能。它提供的動態鏈接庫文件Usb7K7kC.dll，所封裝的函數可以被其他應用程序在運行時直接調用。

扭矩傳感器采集的模擬信號送入PCI-7333的模擬通道，經A/D轉換后的數據結果通過先進先出存儲器緩存后由USB總線讀出；轉速信號經轉速采樣整形后通過采集卡16位字長的計數/定時器接口輸出。

4 轉鼓實驗臺輸出控制——模擬行駛阻力原理

阻力加載是轉鼓實驗臺模擬道路行駛阻力的主要組成部分。轉鼓實驗臺的控制模塊, 就是根據程序計算得到的模擬阻力值，通過輸出信號處理和電路轉換生成激磁電流，由交流電機對車輛進行加載。

4.1 汽車路試行車阻力數學模型

4.2 汽車臺試行車阻力數學模型

4.3 轉鼓實驗臺加載阻力控制

5 基于Lab Windows/CVI的轉鼓實驗臺測控系統軟件設計

Lab Windows/CVI是美國NI公司開發的基于標準C語言的可視化、交互式的虛擬軟件開發工具，具有標準Windows風格的操作界面，可在多種操作系統下運行，它不但有豐富的函數庫，還集成了各種專業的測控工具，提供了優越的硬件接口功能，基于該環境可以充分利用各種資源配置系統結構，進而達到系統最優、成本最低的目的。