基于LabVIEW的汽車發動機工作特性測試系統設計

楊亞萍

(西安航空學院 車輛工程學院，陜西 西安 710077)

基于LabVIEW的汽車發動機工作特性測試系統設計

楊亞萍

(西安航空學院 車輛工程學院，陜西 西安 710077)

常規汽車發動機工作特性的測試方法存在成本大、效率低、實驗設備不足等問題。采用虛擬儀器技術設計發動機工作特性仿真程序，利用555定時器建立仿真電路模擬發動機的轉速信號、油門信號、負載信號，通過數據采集卡進行數據的采集和處理，提出基于LabVIEW的汽車發動機工作特性測試系統，實現汽車發動機工作特性的即時檢測、數據采集、數據分析和結果顯示。

發動機工作特性；測試系統；LabVIEW；性能測試

0 引言

汽車發動機的工作特性包含速度特性、負荷特性。一般情況下，其對應的特性曲線可以通過發動機測功臺進行試驗獲得。但在教學過程中，由于受實踐條件的限制，很難直觀地測試并得到發動機的工作特性曲線。為此，本文提出基于LabVIEW的汽車發動機工作特性測試系統，通過虛擬測試的方法得到發動機的工作特性曲線。

LabVIEW是基于虛擬儀器技術的圖形化編程語言和專業的仿真測控開發環境。本文首先根據發動機的工作特性，利用555定時器建立仿真電路，模擬發動機的轉速信號、油門信號、負載信號，通過數據采集卡實現數據的采集和處理，為LabVIEW仿真測控開發環境提供輸入參數，通過虛擬面板展現工作特性曲線。這種方法實施條件簡單，作用效果能夠仿真汽車發動機工作特性參數測試的要求。

1 測試系統工作原理

1.1 測功臺測試原理

實際測試設備中，測量發動機轉速的傳感器采用霍爾傳感器。在發動機軸上固定一塊小磁鐵，軸旁邊的外殼上固定霍爾開關器件。當發動機軸每轉動一周，小磁鐵經過一次霍爾開關器件，霍爾開關器件輸出一個脈沖。對一定時間的脈沖進行計數，就可折算出一分鐘發動機轉動的圈數，即發動機的轉速。

1.2 虛擬仿真測試原理

為了配合LabVIEW仿真測試程序，本文利用555定時器設計了一個可調頻率的方波脈沖信號源，用來代替發動機實物，電路如圖1所示。此電路有兩個輸入信號，對應上位機傳給測試設備的油門信號和負載信號，這兩個信號都是模擬信號。有一個輸出方波脈沖信號，對應測試設備提供給虛擬儀器的轉速信號。

此電路是由一個555定時器構成的方波脈沖信號源。油門信號(3)接到了R2，油門信號越大，給C1充電的時間越短，輸出脈沖頻率越高，表示發動機轉速越快。負載信號(1)接到了555定時器的電源端，負載信號越大，比較器的輸入比較端的電位越高，C1充電時間越長，輸出脈沖的頻率越低，表示發動機轉速越慢。

2 虛擬仿真測試系統

采用LabVIEW軟件實現汽車發動機工作特性的虛擬仿真。LabVIEW是一種圖形化編程語言，是用圖標代碼來代替編程語言創建應用程序，它使用數據流編程方法來描述程序的執行，用圖標和連線來代替文本的形式編寫程序，編程簡單，操作方便，具體設計思路如圖2所示。

LabVIEW繼承與滿足了GPIB、VXI、RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能，還內設置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的數據庫。

數據采集硬件采用USB-6009，它具備8路模擬輸入通道，14位分辨率，12條數字I/O線，2路模擬輸出通道，1個計數器，完全滿足本測試系統的硬件要求。數據采集卡如圖3所示。

3 信號測試程序

LabVIEW軟件可以設置采集卡參數，并驅動采集卡完成數據采集和處理。利用軟件的DAQ助手生成555電路中的比較電壓值，同時可通過LabVIEW軟件進行參數設置，從而改變555信號電路的工作狀態，產生采集555電路信號輸出，生成發動機轉速信號，轉速信號結合輸入的負載信號，生成發動機有效功率值。

本測試系統界面可以實時仿真顯示發動機轉速，可以設置發動機的負載輸入、油門輸入，通過測試點得到的數據繪制發動機的負荷特性曲線和外特性曲線。發動機工作特性測試系統前面板如圖4所示。

通過LabVIEW設計汽車發動機工作特性測試前面板后，要實現仿真功能，則需要設計仿真系統的程序框圖。圖5為汽車發動機工作特性數據采集及顯示程序框圖，圖6為油門輸入和負載輸入子程序框圖。

4 仿真測試

測試時，先給定一個固定的油門值，每輸出一個負載值，由電路就可以得到一個對應的轉速。取得一組值，就可以繪出一條負載-轉速曲線，這一條曲線對應給定的油門。進一步可以計算出其他特性曲線。給出幾個不同的油門值，可以繪出幾條不同的負載-轉速曲線。圖7為實測工作特性曲線圖。

雖然由模型得到的數據與實測數據不完全一致，但應用此電路模型，不用啟動發動機實物，就可以容易地得到“實時數據”，方便直觀。

5 結語

相對于汽車發動機實物參數測試，基于LabVIEW的汽車發動機工作特性虛擬仿真測試效果直觀，操作方便。實際仿真測試結果表明：該系統能夠準確的獲取脈沖信號源發出的參數信息，并能在界面窗口直觀地顯示，所生成的特性曲線基本上與實際汽車發動機工作特性參數曲線一致，便于學生在課堂教學中更好地理解汽車發動機工作特性。

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[責任編輯、校對：東 艷]

Design of A System for Testing Operating Characteristics of Automobile Engines Based on LabVIEW

YANGYa-ping

(School of Vehicle Engineering,Xi'an Aeronautical University,Xi'an 710077,China)

This paper presents a test system on automobile engine operating characteristics based on LabVIEW to deal with problems of current methods such as high cost,low efficiency,and inadequate test equipment.The system designs the emulation program of engine operating characteristics through the virtual instrument technology,establishes the artificial circuit through 555 timer to simulate engines' speed signal,throttle signal and load signal,and collects and processes data through data acquisition cards, thus realizing the real-time detection, data acquisition,data analysis,and result display of operating characters of automobile engines.

engine operating characteristics;test system;LabVIEW;performance test

2016-12-08

楊亞萍(1972-)，女，陜西鳳翔人，副教授，從事測控技術研究。

U464

A

1008-9233(2017)01-0050-03