基于LabVIEW的摩托車測試平臺的搭建

王軍，董紹江,2，高乾松

(1.重慶交通大學機電與車輛工程學院，重慶 400074；2.長安大學陜西省高速公路施工機械重點實驗室，陜西西安 710064)

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基于LabVIEW的摩托車測試平臺的搭建

王軍1，董紹江1,2，高乾松1

(1.重慶交通大學機電與車輛工程學院，重慶 400074；2.長安大學陜西省高速公路施工機械重點實驗室，陜西西安 710064)

高性能的摩托車振動系統能夠有效保證廠家實時監測摩托車的運行狀態。基于LabVIEW軟件，建立振動信號的測試分析系統，針對摩托車運行時的振動做了信號采集、處理及分析，克服了傳統測試系統的不足之處，推動虛擬儀器在振動測試領域的應用。

摩托車振動系統；LabVIEW；振動測試

0　引言

一直以來，國內外摩托車生產廠都普遍重視摩托車測試系統的搭建。如AVL研制的PUMA系列的發動機試驗系統；德國申克公司開發的試驗臺具有Dynamount Countrol自動化系統和道路負荷模擬模塊，可逼真地再現實際工況[1-2]。文中以LabVIEW軟件為平臺，建立測試分析系統，系統地針對摩托車運行時的振動做了信號采集處理及分析。

1　LabVIEW測試平臺的搭建

1.1傳感器的選擇

機械設備在運行過程中發生故障時，其振動頻率可覆蓋幾赫茲到數千赫茲的范圍。因此，不能用位移和速度傳感器來采集振動信號，而只能用加速度傳感器來采集。加速度傳感器主要用于測量振動物體的振動加速度。壓電式加速度傳感器，由于具有結構簡單、工作可靠、體積小、質量輕、靈敏度高和頻率范圍寬等優點，在實際測量中應用最為普遍[2]。典型的集成壓電式加速度計(ICP)是在傳統的壓電加速度計基礎上耦合一個以場效應管為核心的內裝放大器電路所構成，對系統的抗干擾能力、分辨率和穩定性等有較高保障[3-4]。

根據振動信號的特點，作者最終選擇的壓電式加速度傳感器為 ICP 型美國 PCB 壓電式加速度傳感器，其靈敏度為100 mV/g，測量范圍50g，頻響范圍0.3～10 kHz[5]。主要因為這個傳感器價格便宜，靈敏度相對比較合適。圖1為該傳感器的實物圖。

1.2信號采集器選擇

此次使用的信號采集器是CoCo-80, 具體的型號為CoCo-P02。CoCo-P02配有8個輸入通道，可以精確地測量和記錄動態及靜態的信號；內置大容量閃存能夠同時記錄8個通道連續數據，每通道采樣率可高達102.4 kHz，并且可以同時進行時域和頻域的實時信號分析；輸入方式為單端，差分，A/D位數為24位，采樣速率為0.48～102.4 kHz,頻率精度優于1/100 000,共模輸入范圍為±10 Vpk。輸出通道有一個，動態范圍為90 dB,連接方式為SMB單端[6]。實物如圖2所示。

圖2　CoCo-80實物圖

1.3信號分析模塊仿真設計

1.3.1數據的讀取和顯示

此階段設計的主要功能是：讀取一個txt格式的文件，并把所讀取的文件用波形顯示出來。其程序框圖設計如圖3所示。

圖3　數據讀取和顯示程序框圖

1.3.2濾波

要對信號進行濾波，首先要選擇一個濾波器。濾波器的種類有很多，功能不盡相同，LabVIEW開發平臺提供多種濾波器供人們選擇。此次設計選用的是低通IIR濾波器，拓撲結構為Butterworth,程序運行時，用戶可以通過前面板對濾波器進行參數設置，使濾波效果達到最好。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時域分析設計

此次時域分析中對于信號處理中常用到的直流分量和均方根值的測量，可以使用基本平均直流-均方根VI來實現。程序框圖如圖5所示。

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

時域分析前面板設計如圖6所示。

圖6　時域分析界面設計

1.3.4頻域分析平臺的搭建

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用來生成兩個不同頻率、幅值和初相位的正弦波疊加信號。程序設計框圖見圖7。

圖7　頻率分析程序框圖

頻域分析前面板設計如圖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明顯的峰值，其位置正好和兩個正弦波的頻率相對應，且從幅度上來看，比例也為1∶2,符合兩個正弦波的幅度比值。

1.3.5功率譜分析平臺的搭建

其程序框圖如圖9所示。

圖9　功率譜程序框圖

其前面板界面設計如圖10所示。

圖10　功率譜前面板設計

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

1.4數據分析平臺搭建

此次設計的過程是：把測量的數據導入到LabVIEW中，然后通過Butterworth濾波器，一方面輸出波形顯示原始信號，另一方面把所得到的波形通過FFT變換得到頻率譜和通過自功率譜估計頻率峰值和功率峰值。整個模塊設計的程序框圖如圖11所示。

圖11　整個模塊設計程序框圖

2　結論

主要搭建了基于LabVIEW的摩托車測試分析系統。采集摩托車發動時車身的振動頻率，通過LabVIEW測試平臺的分析，可以得到車身的實際頻率，通過和固有頻率的對比，能夠減少共振現象的產生，對于減少摩托車啟動時車身的抖動情況有著重要的意義。

【1】徐萬明.基于LabVIEW的虛擬儀器研究與開發[D].包頭:內蒙古科技大學，2006.

【2】林正盛.虛擬儀器技術及其應用[J].電子技術應用，1997(3):2-5.

【3】杜秋姣.基于虛擬儀器的高速數據采集系統的研究[D].武漢:華中科技大學,2004.

【4】熊秀.基于虛擬儀器的控制系統[D].西安:西北工業大學，2010.

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

【6】張洪亭,王明贊.測試技術[M].沈陽:東北大學出版社,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械重點實驗室開放課題資助(2014SZS11-K02)

王軍(1991—)，男，碩士研究生,研究方向為機械電子工程。

董紹江，E-mail:dongshaojiang100@163.com。

G872.2

B

1674-1986(2016)08-059-03