車輛性能實驗平臺軟件設(shè)計應(yīng)用

車輛性能實驗平臺軟件設(shè)計應(yīng)用

范例1,2，田曉雪1，王開松1

(1.安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽淮南232001； 2.東北大學(xué)機(jī)械學(xué)院，沈陽110004)

摘要：通過LabVIEW軟件建立的車輛性能實驗平臺能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛動力性能、制動性能、燃油經(jīng)濟(jì)性能、操縱穩(wěn)定性能、駕駛平順性和通過性等基本性能理論進(jìn)行仿真計算，平臺采用圖表方式直觀的描述汽車的性能變化，能夠深入分析車輛參數(shù)對汽車基本性能的作用和影響，最終實現(xiàn)車輛相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：汽車性能；LabVIEW；實驗平臺

收稿日期:2014-12-24

基金項目:安徽省教學(xué)研究項目，安徽省高等教育振興計劃資助項目(2013zytz023)

作者簡介:范例(1986-)，男，安徽銅陵人，助教，博士研究生，主要從事車輛系統(tǒng)動力學(xué)方面研究。

中圖分類號：U467.5+2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

車輛性能從理論角度劃分為動力性、制動性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、平順性和通過性，通過對這些性能的研究，能夠有助于汽車性能方面的設(shè)計與提高。其中動力性是最基本、最重要的性能，代表了汽車行駛可發(fā)揮的極限能力。應(yīng)用LabVIEW軟件開發(fā)的性能實驗平臺能夠為汽車設(shè)計、實驗提供理論支持。車輛動力學(xué)包含有大量的汽車性能相關(guān)抽象概念和復(fù)雜的建模過程，基于LabVIEW的車輛性能實驗平臺將這些建模和計算過程用圖形化的編程語言表現(xiàn)出來，對汽車的基本性能進(jìn)行仿真計算，用圖表直觀地描述汽車的性能變化，通過優(yōu)化車輛參數(shù)實現(xiàn)提高車輛性能的目的。

1車輛性能實驗平臺軟件

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美國國家儀器(NI)公司開發(fā)的一種基于圖形編程語言(G語言)開發(fā)、調(diào)試和運行程序的圖形化程序編譯平臺。由于LabVIEW擁有便于使用和設(shè)計的硬件以及軟件模塊，因此非常適合非計算機(jī)專業(yè)的用戶學(xué)習(xí)和使用[1]。通過自學(xué)和使用LabVIEW軟件，一方面能夠了解編程的一般思想和數(shù)據(jù)流的概念；另一方面圖形化的編程語言直觀形象，能夠激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，更好地全身心地投入到學(xué)習(xí)和工作中。

該實驗平臺包含有動力性實驗子系統(tǒng)、制動性實驗子系統(tǒng)、燃油經(jīng)濟(jì)性實驗子系統(tǒng)和操縱穩(wěn)定性子系統(tǒng)在內(nèi)的四個主要實驗部分，包含了車輛動力學(xué)有關(guān)車輛性能的建模和計算內(nèi)容。

圖1　平臺實驗步驟

本實驗平臺操作起來簡單方便，實驗步驟清晰。每個實驗都有相關(guān)設(shè)計性實驗內(nèi)容，用戶可以自主探索學(xué)習(xí)，實驗步驟如圖1所示。

使用賬號登陸該平臺，按照圖1顯示的流程圖操作。在系統(tǒng)的醒目位置有幫助文檔，為用戶提供相關(guān)的解釋和指導(dǎo)。在設(shè)計性實驗環(huán)節(jié)，用戶可以按照要求，結(jié)合幫助文檔中的信息，自行對程序框圖進(jìn)行修改或者編寫新的程序以實現(xiàn)規(guī)定的功能。

2應(yīng)用示例

本文以實驗平臺中的汽車動力性能實驗子系統(tǒng)為例，介紹車輛性能實驗平臺的工作原理和工作流程。汽車動力性實驗系統(tǒng)涵蓋的知識點包括汽車動力性指標(biāo)、汽車驅(qū)動力和行駛阻力、以及驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖、動力特性圖(包含各檔位下的驅(qū)動力曲線、加速度曲線、爬坡度曲線)和汽車的功率平衡圖[2]。系統(tǒng)已經(jīng)建好了汽車動力性能的影響參數(shù)與汽車動力性指標(biāo)的函數(shù)關(guān)系。在系統(tǒng)面板的左半?yún)^(qū)域是汽車動力性的影響參數(shù)，右半?yún)^(qū)域是汽車動力性的指標(biāo)顯示區(qū)域和系統(tǒng)控制區(qū)域，中間面板是汽車動力性所涉及到的一些特征曲線圖。系統(tǒng)的計算流程圖如圖2所示[3]。

圖2　汽車動力性仿真系統(tǒng)計算流程圖

首先按照要求在車輛1選項卡中輸入車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到汽車動力指標(biāo)值和特征曲線。接著在車輛2選項卡中輸入?yún)?shù)，保證其余參數(shù)一致的情況下改動一項參數(shù)的值，此時系統(tǒng)前面板上會顯示兩條特征曲線[3]。特征曲線的差異是由于這一項參數(shù)值的變化而引起的，同時汽車動力性指標(biāo)也會產(chǎn)生相應(yīng)變化。之后用戶可以依次改動左側(cè)面板上的各個參數(shù)，從而觀察動力性指標(biāo)和特征曲線的變化。用戶通過分析動力性指標(biāo)值和特征曲線形狀的變化對汽車性能的影響參數(shù)產(chǎn)生直觀而深刻的認(rèn)識。動力性仿真系統(tǒng)的前面板如圖3所示。

圖3　汽車動力性仿真系統(tǒng)前面板

在設(shè)計性實驗內(nèi)容方面，用戶將打開程序框圖，學(xué)習(xí)該系統(tǒng)是如何將理論函數(shù)公式轉(zhuǎn)化為程序語言以及數(shù)據(jù)流的流動情況。在理解程序框圖的含義的基礎(chǔ)上，促進(jìn)用戶編寫具有實際功能的程序，以激發(fā)用戶的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新能力。

實驗中，用戶被要求編寫扭矩數(shù)據(jù)的接口程序如圖4所示。

圖4　扭矩數(shù)據(jù)的接口程序

因此，這種創(chuàng)造性實驗?zāi)軌蚣ぐl(fā)用戶的學(xué)習(xí)動力，它不僅能夠強(qiáng)化用戶對車輛系統(tǒng)動力學(xué)基本理論和模型的理解和掌握，還能鍛煉用戶的邏輯思維能力和編程能力，進(jìn)一步完善和優(yōu)化車輛模型。

實驗結(jié)束后,系統(tǒng)還將生成附有用戶信息的實驗報告,實驗報表對整個實驗條件、參數(shù)、仿真結(jié)果都會有完整的記錄。報告內(nèi)容具體包含用戶個人信息,實驗條件和參數(shù)，動力性特征曲線的對比圖，程序框圖等。

3結(jié)語

車輛性能實驗平臺為用戶提供了直觀認(rèn)識車輛動力學(xué)中關(guān)于車輛基本性能的概念和相關(guān)特征曲線的平臺。與硬件實驗相比，它具有直觀性、實時性和逼真性，并且操作靈活。采用軟件還能節(jié)約成本，同時也避免了外界因素對實驗結(jié)果的干擾，提高了設(shè)計效率[4]。在實驗中，用戶可以自行修改參數(shù)，比較實驗結(jié)果，而且還可自行完善車輛動力學(xué)模型進(jìn)行仿真計算。此平臺還將添加汽車平順性和汽車通過性兩個部分的內(nèi)容，使系統(tǒng)更加貼合實際設(shè)計應(yīng)用的需要。

參考文獻(xiàn):

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2]喻凡，林逸．汽車系統(tǒng)動力學(xué)[M]．3版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]范例.汽車綜合性能評價仿真系統(tǒng)設(shè)計[D].西安：長安大學(xué)，2012.

[4]呂峰,劉泉,江雪梅.基于MATLAB的信號與系統(tǒng)軟件實驗平臺[J].理工高教研究,2006(4):98-99.

責(zé)任編輯：吳旭云

Design and Application of Vehicle Performance Experiment Platform Software

FAN Li1,2, TIAN Xiaoxue1, WANG Kaisong1

(1. School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China; 2. School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110004, China)

Abstract：The vehicle performance experiment platform built by the software LabVIEW can realize the simulation calculation of the basic theories of performances, such as dynamic performance, brake performance, fuel economy performance, handling stability performance, smooth driving performance and passing ability, etc. The platform describes the change of the vehicle performances intuitively in the way of diagram, which can deeply analyze the functions and effects of vehicle parameters on its basic performances, finally to realize the optimization of vehicle parameters.

Keywords：automobile performance; LabVIEW; experiment platform