發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中利用LabVIEW進(jìn)行車速信號(hào)的采集與模擬

朱艷芳 顧 超 劉宏江

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利動(dòng)力總成有限公司）

引言

目前，為提高產(chǎn)品競爭力，各大汽車企業(yè)積極進(jìn)行先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)。為了掌握市場主動(dòng)權(quán)，各大汽車企業(yè)都會(huì)選取市場上性能優(yōu)越的發(fā)動(dòng)機(jī)作為標(biāo)桿機(jī)型進(jìn)行研究，通過各種試驗(yàn)方案獲得標(biāo)桿發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)，比較所開發(fā)的產(chǎn)品與市場標(biāo)桿機(jī)型的性能差距。及時(shí)掌握對(duì)標(biāo)分析信息、充分吸收先進(jìn)設(shè)計(jì)思路與方法是提高汽車企業(yè)自身產(chǎn)品開發(fā)效率和市場競爭力的有效途徑。

為獲取準(zhǔn)確可靠的標(biāo)桿發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)標(biāo)測試。在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架對(duì)標(biāo)試驗(yàn)中，若不將整車信號(hào)（如車速信號(hào)）輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，由于ECU 的保護(hù)作用，ECU 會(huì)限制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，從而無法獲取發(fā)動(dòng)機(jī)完整的萬有特性數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)與整車分離，車輪和變速箱無法為ECU 提供車速信號(hào)。因此需設(shè)法為ECU 提供正常的車速信號(hào)，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)按照整車標(biāo)定ECU 程序運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中，利用LabVIEW 進(jìn)行車速信號(hào)的采集與模擬是一種較好的為ECU 提供正常車速信號(hào)的方案。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多原本需要將很多儀器和設(shè)備連接起來形成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)的功能可以用軟件代替[1]。LabVIEW 是NI 公司推出的一款應(yīng)用于Windows 平臺(tái)的圖形化編程軟件，廣泛應(yīng)用于測控系統(tǒng)開發(fā)中[2]。此外，LabVIEW 具有豐富的信號(hào)處理專業(yè)工具箱[3]。通過調(diào)用LabVIEW 提供的設(shè)計(jì)工具，可使發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中所需的車速信號(hào)的采集與模擬變得更加方便。

本文將一種常規(guī)的車速信號(hào)采集與模擬方案跟發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中利用LabVIEW 進(jìn)行車速信號(hào)采集與模擬方案進(jìn)行對(duì)比，該LabVIEW 方案既可用于輪速傳感器信號(hào)的采集與模擬，也可用于變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)的采集與模擬，解決了由于無車速信號(hào)輸入造成的發(fā)動(dòng)機(jī)限轉(zhuǎn)速、限轉(zhuǎn)矩問題。該LabVIEW 方案適用于所有對(duì)標(biāo)項(xiàng)目中的車速信號(hào)的采集與模擬，通用化程度高，操作簡單。

1 車速信號(hào)來源與影響

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 中的車速信號(hào)一共有2 種來源，一種是來自于變速箱里的軸轉(zhuǎn)速傳感器，另一種是來自于安裝在輪端的ABS（防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）的輪速傳感器。ABS 的車速信號(hào)一般來自于安裝于車輛輪端的輪速傳感器，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在臺(tái)架上正常運(yùn)行，需要給ECU 提供輪速傳感器信號(hào)或變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)。有些車輛安全邏輯高，需要變速箱、輪速傳感器同時(shí)輸入信號(hào)才能保證試驗(yàn)過程中不會(huì)出現(xiàn)ECU 電控故障。

2 車速信號(hào)采集與模擬方案介紹

模擬的車速信號(hào)需根據(jù)采集的傳感器信號(hào)特征來調(diào)制，因此，首先要采集車速信號(hào)，判斷車速信號(hào)類型。目前，汽車行業(yè)內(nèi)有一種通過示波器采集識(shí)別傳感器信號(hào)，然后通過機(jī)械工裝模擬器輸入輪速信號(hào)、信號(hào)發(fā)生器輸入變速器軸轉(zhuǎn)速信號(hào)的方案，見表1 中的方案1。LabVIEW 方案則是利用NI 公司相應(yīng)硬件與LabVIEW 軟件實(shí)現(xiàn)采集與模擬的雙重需求，見表1 中的方案2。

表1 方案對(duì)比

但在實(shí)際應(yīng)用中，方案1 面臨著一些難題：

1）該方案模擬傳感器信號(hào)的方式是機(jī)械式的，可以用于模擬輪速傳感器信號(hào)，但不適用于模擬變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)。變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)需使用另外的信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行模擬，而用信號(hào)發(fā)生器模擬軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)的方式受信號(hào)發(fā)生器通道和同步性限制，不適用于輪速傳感器信號(hào)模擬。也就是說，目前的輪速傳感器信號(hào)、變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)模擬方案并不通用，使用不便。

2）輪速模擬器方案是將車輪端的輪速傳感器拆下后安裝于固定支架上，然后用調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)固定于電機(jī)輸出軸上的輪速信號(hào)盤的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到輸出輪速信號(hào)的目的。輪速模擬器模擬輪速的方式需將對(duì)標(biāo)車上的輪速傳感器甚至是輪速信號(hào)盤拆下，但是，許多車輛的輪速傳感器信號(hào)盤為壓裝固定方式，拆解不便，耗時(shí)耗力，且極易破壞輪速傳感器信號(hào)盤安裝處的零部件，增加了對(duì)標(biāo)試驗(yàn)結(jié)束后車輛復(fù)裝的成本。

本文介紹一套信號(hào)采集模擬方案，既可用于輪速信號(hào)采集模擬，也可用于變速器軸轉(zhuǎn)速信號(hào)采集模擬，可解決以上2 個(gè)難題。

3 LabVIEW 方案的實(shí)現(xiàn)方式

車速信號(hào)采集與模擬方案如圖1 所示。NI 機(jī)箱含多個(gè)通用板卡卡槽，NI 各模塊板卡可插入NI 機(jī)箱各卡槽進(jìn)行連接，機(jī)箱通過網(wǎng)線連接計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)中的LabVIEW 軟件運(yùn)行相應(yīng)程序，控制對(duì)應(yīng)功能的NI 模塊板卡進(jìn)行信號(hào)采集或信號(hào)模擬輸出。輸出信號(hào)的波形特征可在計(jì)算機(jī)的LabVIEW 軟件中進(jìn)行設(shè)置。電流、電壓信號(hào)的采集與模擬僅需通過切換不同板卡并切換運(yùn)行程序就能實(shí)現(xiàn)，實(shí)施簡單，操作方便。

圖1 車速信號(hào)采集與模擬方案示意圖

NI 模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊、電壓生成模塊、電流生成模塊，各模塊均含有多個(gè)通道，可多通道同時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集或模擬。根據(jù)各車型的不同車速信號(hào)特點(diǎn)，可選用電流或電壓生成模塊進(jìn)行車速信號(hào)模擬。

汽車解碼器又稱為汽車故障診斷儀，是用于檢測汽車故障的便攜式智能汽車故障自檢儀，可連接診斷接口，通過CAN 總線讀取發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元中的故障碼。發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)標(biāo)分析中，汽車解碼器常用作發(fā)動(dòng)機(jī)信息讀取、查明故障、故障清除。LabVIEW 輸入輪速傳感器信號(hào)或變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)后，可在汽車解碼器中查看車輛車速。

3.1 信號(hào)采集

找到車輛的變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)線與輪速傳感器信號(hào)線，將信號(hào)分別接入NI 電流（電壓）采集模塊板卡中，用LabVIEW 軟件自帶的采集程序測試傳感器信號(hào)，從而獲取傳感器信號(hào)特征：波形類型、幅值、占空比、偏移等。

3.2 信號(hào)模擬

為了進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能測試，將發(fā)動(dòng)機(jī)安裝于測試臺(tái)架上。發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱里的電路和整車電路正常連接，打開點(diǎn)火開關(guān)（所有電路和附件均工作，車輛儀表警告燈和指示燈亮起），用汽車解碼器確認(rèn)此時(shí)車輛無異常故障碼。為避免限轉(zhuǎn)矩問題，使發(fā)動(dòng)機(jī)在臺(tái)架上正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而獲得發(fā)動(dòng)機(jī)完整的各工況數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后需向車輛輸入車速信號(hào)。

在LabVIEW 軟件中修改配置的生成程序框圖，部分程序框圖如圖2 所示。

圖2 部分程序框圖

修改程序前面板，并保存，以便后續(xù)能在用戶程序前面板直接對(duì)波形特征進(jìn)行點(diǎn)選。程序前面板如圖3 所示。

圖3 程序前面板

根據(jù)采集到的變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)、輪速傳感器信號(hào)特征，在計(jì)算機(jī)的LabVIEW 軟件程序前面板中配置基本特征相同的波形信號(hào)。選擇電流信號(hào)還是電壓信號(hào)需根據(jù)不同車型實(shí)際情況而定。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)需要運(yùn)行程序，從而對(duì)車輛輸入車速信號(hào)。LabVIEW 成功輸入車速信號(hào)后，可在汽車解碼器中查看車輛車速。

4 結(jié)束語

本文介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中利用LabVIEW結(jié)合相應(yīng)硬件進(jìn)行車速信號(hào)采集與模擬的方案。

1）此方案能滿足輪速傳感器信號(hào)的采集與模擬需求，也能滿足變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)的采集與模擬需求。信號(hào)采集與模擬僅需通過更換連接板卡就能切換，實(shí)施簡單，通用化程度高。

2）信號(hào)采集與模擬過程直接在計(jì)算機(jī)上操作，便于信號(hào)保存和信號(hào)調(diào)整輸入。

3）避免了機(jī)械式輪速模擬方案由于拆輪速傳感器信號(hào)盤可能造成的信號(hào)盤安裝處零部件損壞問題，減少了對(duì)標(biāo)工作量與后期的車輛復(fù)裝維修成本，從而降低了對(duì)標(biāo)成本。