虛擬汽車變速器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

謝 檬 ，李瑞雪 ，閔 亮

（1.西安交通大學(xué)城市學(xué)院 電氣與信息工程系，西安 710018；2.長(zhǎng)安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院，西安 710064；3.西安交通大學(xué)城市學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息管理系，西安 710018）

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，汽車行業(yè)的發(fā)展蒸蒸日上，更多人擁有了私家車[1-3]。隨著汽車數(shù)量的不斷增多，對(duì)汽車安全性能的要求就越來(lái)越高，大多數(shù)人會(huì)購(gòu)買裝有自動(dòng)變速器的汽車，這就需要有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變速器性能的儀器儀表[4-7]。

現(xiàn)代汽車較多地采用活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩比的范圍比較小，不能保證汽車在較為繁瑣的情況下正常運(yùn)行。汽車自動(dòng)變速器不但可以擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)車輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)不同條件下的行駛狀況，而且還利用空擋暫時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的連接，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于緩速轉(zhuǎn)換狀態(tài)[8-10]。與手動(dòng)變速器相比，自動(dòng)變速器更具有優(yōu)勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)變速器普遍應(yīng)用于汽車中[11-13]。作為汽車的重要組成部件，自動(dòng)變速器能否正常運(yùn)行關(guān)乎著汽車的整體狀況，為了更方便地監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀況，設(shè)計(jì)了虛擬儀器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)其主要參數(shù)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

利用LabVIEW虛擬軟件對(duì)汽車運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從相關(guān)的多個(gè)傳感器和執(zhí)行器的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)[14-16]。根據(jù)自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和工作的規(guī)律變化的情況，采集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、汽車的車速v、冷卻液溫度T等監(jiān)測(cè)信號(hào)參數(shù)，然后將這些信號(hào)傳輸?shù)絃abVIEW中，設(shè)計(jì)仿真汽車運(yùn)行的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

整個(gè)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件主要是測(cè)試對(duì)象的傳感器和執(zhí)行器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等；軟件采用LabVIEW圖形化語(yǔ)言編程，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Monitoring system structure

2 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用圖形化編程軟件平臺(tái)LabVIEW，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：①不同擋位的數(shù)據(jù)顯示及報(bào)警功能；②數(shù)據(jù)回放——方便查閱行車時(shí)在不同擋位的歷史記錄，為故障檢測(cè)提供平臺(tái)；③數(shù)據(jù)采集——將監(jiān)測(cè)信號(hào)讀取到上位機(jī)，進(jìn)行顯示及數(shù)據(jù)處理。

2.1 軟件功能

系統(tǒng)軟件主要對(duì)轉(zhuǎn)速n、車速v及冷卻液溫度T進(jìn)行數(shù)據(jù)值的采集，選擇擋位并判斷n，v，T的范圍是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，若在其范圍內(nèi)則繼續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并記錄結(jié)果；若不在，則顯示報(bào)警并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。不同擋位的數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)汽車變速器實(shí)際情況，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在不同擋位時(shí)n、v、T的監(jiān)測(cè)值設(shè)置選擇如表1所示。

例如，當(dāng)系統(tǒng)的擋位調(diào)節(jié)到一擋位時(shí)，先判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果n≥750 r/min時(shí)，報(bào)警紅燈亮，否則進(jìn)行下一個(gè)參數(shù)v的判斷。如果v>5.3 km/h時(shí)，顯示報(bào)警紅燈亮，否則繼續(xù)對(duì)n，v進(jìn)行采集、判斷。若T>40℃，則顯示報(bào)警紅燈亮，否則繼續(xù)采集下一組數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷。

圖2 不同擋位的數(shù)據(jù)采集流程Fig.2 Data acquisition flow chart for different gears

表1 不同擋位滿足的監(jiān)測(cè)值Tab.1 Monitoring value of different gear positions

2.3 軟件界面

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前面板包括報(bào)警系統(tǒng)、換擋滑動(dòng)桿、數(shù)據(jù)記錄、轉(zhuǎn)速表盤、車速轉(zhuǎn)盤、溫度測(cè)試計(jì)等，如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前面板Fig.3 Monitoring system front panel

每個(gè)表盤的值對(duì)應(yīng)其給出的指定值，3組數(shù)據(jù)記錄表分別對(duì)應(yīng)在不同擋位下，輸出轉(zhuǎn)速、車速、溫度等信號(hào)數(shù)值。實(shí)現(xiàn)了圖標(biāo)的實(shí)時(shí)顯示、不同擋位的切換設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄設(shè)置、數(shù)據(jù)采集設(shè)置、報(bào)警界限設(shè)置等。在不同的擋位下可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、顯示和同步保存。當(dāng)換到下一擋位時(shí)也可以查上一擋位的數(shù)據(jù)采集情況。

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)模式

將擋位設(shè)置為一擋位時(shí)，數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)模式如圖4所示。此時(shí)，轉(zhuǎn)速為751 r/min，車速為5.1 km/h，冷卻液溫度為41℃，而n和T的值超出了所設(shè)定的范圍，轉(zhuǎn)速報(bào)警燈和溫度報(bào)警燈成紅色報(bào)警狀態(tài)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要采取擋位切換或者加入冷卻液使溫度降下來(lái)等相關(guān)處理措施。

圖4 一擋位的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)模式Fig.4 1 gear data acquisition monitoring mode

將擋位設(shè)置為三擋位時(shí)，數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)模式如圖5所示。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3066 r/min，車速為52.7 km/h，冷卻液溫度為39℃，n超出了所設(shè)定的范圍，轉(zhuǎn)速報(bào)警燈成紅色報(bào)警狀態(tài)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要切換擋位，擋位切換置為四擋就可消除報(bào)警。

圖5 三擋位的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)模式Fig.5 3 gear data acquisition monitoring mode

3.2 數(shù)據(jù)回放模式

數(shù)據(jù)回放模式如圖6所示，主要是對(duì)系統(tǒng)采集監(jiān)測(cè)得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和查看，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)什么時(shí)間段、哪個(gè)采集信號(hào)多次發(fā)生報(bào)警，并針對(duì)該問(wèn)題采取相應(yīng)的措施。圖6中每一組數(shù)據(jù)記錄前的第2個(gè)按鍵用來(lái)輸入用戶需要查看的具體時(shí)間采集到的數(shù)據(jù)。例如，圖中二擋位的數(shù)據(jù)記錄時(shí)間為第5 s，轉(zhuǎn)速為1053 r/min，車速為20.3 km/h，冷卻液溫度為39℃。

圖6 數(shù)據(jù)回放模式Fig.6 Data playback mode

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的虛擬汽車自動(dòng)變速器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)速n、車速v和冷卻液溫度信號(hào)T，并將信號(hào)傳入虛擬儀器中，利用LabVIEW軟件搭建虛擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在不同擋位時(shí)的各個(gè)模塊并監(jiān)測(cè)它們之間的值的范圍，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、處理、報(bào)警、數(shù)據(jù)回放等功能。通過(guò)虛擬平臺(tái)，對(duì)自動(dòng)變速器運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)試結(jié)果證明，計(jì)算機(jī)結(jié)合虛擬平臺(tái)構(gòu)建的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車變速器的各項(xiàng)指標(biāo)，不僅可以進(jìn)行故障分析，而且對(duì)汽車修理企業(yè)帶來(lái)了更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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