基于LabVIEW的摩托車測(cè)試平臺(tái)的搭建

王軍，董紹江,2，高乾松

(1.重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074；2.長(zhǎng)安大學(xué)陜西省高速公路施工機(jī)械重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710064)

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基于LabVIEW的摩托車測(cè)試平臺(tái)的搭建

王軍1，董紹江1,2，高乾松1

(1.重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074；2.長(zhǎng)安大學(xué)陜西省高速公路施工機(jī)械重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710064)

高性能的摩托車振動(dòng)系統(tǒng)能夠有效保證廠家實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)摩托車的運(yùn)行狀態(tài)?；贚abVIEW軟件，建立振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試分析系統(tǒng)，針對(duì)摩托車運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)做了信號(hào)采集、處理及分析，克服了傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的不足之處，推動(dòng)虛擬儀器在振動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用。

摩托車振動(dòng)系統(tǒng)；LabVIEW；振動(dòng)測(cè)試

0　引言

一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)外摩托車生產(chǎn)廠都普遍重視摩托車測(cè)試系統(tǒng)的搭建。如AVL研制的PUMA系列的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)；德國(guó)申克公司開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)具有Dynamount Countrol自動(dòng)化系統(tǒng)和道路負(fù)荷模擬模塊，可逼真地再現(xiàn)實(shí)際工況[1-2]。文中以LabVIEW軟件為平臺(tái)，建立測(cè)試分析系統(tǒng)，系統(tǒng)地針對(duì)摩托車運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)做了信號(hào)采集處理及分析。

1　LabVIEW測(cè)試平臺(tái)的搭建

1.1傳感器的選擇

機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障時(shí)，其振動(dòng)頻率可覆蓋幾赫茲到數(shù)千赫茲的范圍。因此，不能用位移和速度傳感器來(lái)采集振動(dòng)信號(hào)，而只能用加速度傳感器來(lái)采集。加速度傳感器主要用于測(cè)量振動(dòng)物體的振動(dòng)加速度。壓電式加速度傳感器，由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高和頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)量中應(yīng)用最為普遍[2]。典型的集成壓電式加速度計(jì)(ICP)是在傳統(tǒng)的壓電加速度計(jì)基礎(chǔ)上耦合一個(gè)以場(chǎng)效應(yīng)管為核心的內(nèi)裝放大器電路所構(gòu)成，對(duì)系統(tǒng)的抗干擾能力、分辨率和穩(wěn)定性等有較高保障[3-4]。

根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)，作者最終選擇的壓電式加速度傳感器為 ICP 型美國(guó) PCB 壓電式加速度傳感器，其靈敏度為100 mV/g，測(cè)量范圍50g，頻響范圍0.3～10 kHz[5]。主要因?yàn)檫@個(gè)傳感器價(jià)格便宜，靈敏度相對(duì)比較合適。圖1為該傳感器的實(shí)物圖。

1.2信號(hào)采集器選擇

此次使用的信號(hào)采集器是CoCo-80, 具體的型號(hào)為CoCo-P02。CoCo-P02配有8個(gè)輸入通道，可以精確地測(cè)量和記錄動(dòng)態(tài)及靜態(tài)的信號(hào)；內(nèi)置大容量閃存能夠同時(shí)記錄8個(gè)通道連續(xù)數(shù)據(jù)，每通道采樣率可高達(dá)102.4 kHz，并且可以同時(shí)進(jìn)行時(shí)域和頻域的實(shí)時(shí)信號(hào)分析；輸入方式為單端，差分，A/D位數(shù)為24位，采樣速率為0.48～102.4 kHz,頻率精度優(yōu)于1/100 000,共模輸入范圍為±10 Vpk。輸出通道有一個(gè)，動(dòng)態(tài)范圍為90 dB,連接方式為SMB單端[6]。實(shí)物如圖2所示。

圖2　CoCo-80實(shí)物圖

1.3信號(hào)分析模塊仿真設(shè)計(jì)

1.3.1數(shù)據(jù)的讀取和顯示

此階段設(shè)計(jì)的主要功能是：讀取一個(gè)txt格式的文件，并把所讀取的文件用波形顯示出來(lái)。其程序框圖設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)讀取和顯示程序框圖

1.3.2濾波

要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，首先要選擇一個(gè)濾波器。濾波器的種類有很多，功能不盡相同，LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供多種濾波器供人們選擇。此次設(shè)計(jì)選用的是低通IIR濾波器，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為Butterworth,程序運(yùn)行時(shí)，用戶可以通過(guò)前面板對(duì)濾波器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使濾波效果達(dá)到最好。濾波模塊的程序框圖和前面板如圖4所示。

圖4　低通濾波器程序圖

1.3.3時(shí)域分析設(shè)計(jì)

此次時(shí)域分析中對(duì)于信號(hào)處理中常用到的直流分量和均方根值的測(cè)量，可以使用基本平均直流-均方根VI來(lái)實(shí)現(xiàn)。程序框圖如圖5所示。

采用的是while循環(huán)，把混合單頻和噪聲波形產(chǎn)生的波形經(jīng)過(guò)基本平均直流-均方根處理后，產(chǎn)生的直流值和均方根值組成簇，最終以波形的形式輸出。

時(shí)域分析前面板設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6　時(shí)域分析界面設(shè)計(jì)

1.3.4頻域分析平臺(tái)的搭建

頻域分析使用的是FFT分析幅度譜和相位譜，添加混合單頻與噪聲波形VI用來(lái)生成兩個(gè)不同頻率、幅值和初相位的正弦波疊加信號(hào)。程序設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖7。

圖7　頻率分析程序框圖

頻域分析前面板設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖8　頻域分析前面板

從圖8可以看出：相位譜雖然比較雜亂，但幅度譜中很容易看出兩個(gè)明顯的峰值，其位置正好和兩個(gè)正弦波的頻率相對(duì)應(yīng)，且從幅度上來(lái)看，比例也為1∶2,符合兩個(gè)正弦波的幅度比值。

1.3.5功率譜分析平臺(tái)的搭建

其程序框圖如圖9所示。

圖9　功率譜程序框圖

其前面板界面設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖10　功率譜前面板設(shè)計(jì)

此次功率譜的波形生成是用正弦波生成器，通過(guò)改變正弦波的頻率和幅值能夠得到不同的功率譜。

1.4數(shù)據(jù)分析平臺(tái)搭建

此次設(shè)計(jì)的過(guò)程是：把測(cè)量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到LabVIEW中，然后通過(guò)Butterworth濾波器，一方面輸出波形顯示原始信號(hào)，另一方面把所得到的波形通過(guò)FFT變換得到頻率譜和通過(guò)自功率譜估計(jì)頻率峰值和功率峰值。整個(gè)模塊設(shè)計(jì)的程序框圖如圖11所示。

圖11　整個(gè)模塊設(shè)計(jì)程序框圖

2　結(jié)論

主要搭建了基于LabVIEW的摩托車測(cè)試分析系統(tǒng)。采集摩托車發(fā)動(dòng)時(shí)車身的振動(dòng)頻率，通過(guò)LabVIEW測(cè)試平臺(tái)的分析，可以得到車身的實(shí)際頻率，通過(guò)和固有頻率的對(duì)比，能夠減少共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，對(duì)于減少摩托車啟動(dòng)時(shí)車身的抖動(dòng)情況有著重要的意義。

【1】徐萬(wàn)明.基于LabVIEW的虛擬儀器研究與開(kāi)發(fā)[D].包頭:內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2006.

【2】林正盛.虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，1997(3):2-5.

【3】杜秋姣.基于虛擬儀器的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2004.

【4】熊秀.基于虛擬儀器的控制系統(tǒng)[D].西安:西北工業(yè)大學(xué)，2010.

【5】高曉蓉，李金龍，彭朝勇.傳感器技術(shù)[M].2版.成都:西南交通大學(xué)出版社，2013.

【6】張洪亭,王明贊.測(cè)試技術(shù)[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2005.

Construction of the Motorcycle Vibration System Based on LabVIEW

WANG Jun1,DONG Shaojiang1,2,GAO Qiansong1

(1.School of Mechanotronics & Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074,China;2.Key Lab of Highway Construction Machinery (Shaanxi Province), Chang’an University,Xi’an Shaanxi 710064,China)

The high performance motorcycle vibration system can be used to monitor the real-time running state of the motorcycle by manufacturers. Based on LabVIEW software, the test and analysis system for vibration signal was established. The signal acquisition, processing and analysis were made for the vibration of motorcycle. The deficiency of the traditional test system used in the vibration test of motorcycle was overcome. The application of virtual instrument in the field of vibration test can be promoted.

Motorcycle vibration system; LabVIEW; Vibration test

2016-05-31

陜西省高速公路施工機(jī)械重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資助(2014SZS11-K02)

王軍(1991—)，男，碩士研究生,研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程。

董紹江，E-mail:dongshaojiang100@163.com。

G872.2

B

1674-1986(2016)08-059-03