虛擬汽車變速器監(jiān)測系統(tǒng)的設計

謝 檬 ，李瑞雪 ，閔 亮

（1.西安交通大學城市學院 電氣與信息工程系，西安 710018；2.長安大學 電子與控制工程學院，西安 710064；3.西安交通大學城市學院 計算機科學與信息管理系，西安 710018）

近年來，隨著我國經(jīng)濟不斷發(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，對汽車安全性能的要求就越來越高，大多數(shù)人會購買裝有自動變速器的汽車，這就需要有實時監(jiān)測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)動機，由于發(fā)動機轉矩比的范圍比較小，不能保證汽車在較為繁瑣的情況下正常運行。汽車自動變速器不但可以擴大發(fā)動機傳到驅動車輪上的轉矩和轉速的變化范圍，以適應不同條件下的行駛狀況，而且還利用空擋暫時切斷發(fā)動機與傳動系統(tǒng)的連接，使發(fā)動機處于緩速轉換狀態(tài)[8-10]。與手動變速器相比，自動變速器更具有優(yōu)勢。隨著科學技術的不斷進步，自動變速器普遍應用于汽車中[11-13]。作為汽車的重要組成部件，自動變速器能否正常運行關乎著汽車的整體狀況，為了更方便地監(jiān)測其運行狀況，設計了虛擬儀器的監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測其主要參數(shù)。

1 總體方案設計

利用LabVIEW虛擬軟件對汽車運行狀況進行監(jiān)測，從相關的多個傳感器和執(zhí)行器的工作情況進行監(jiān)測[14-16]。根據(jù)自動變速器的結構和工作的規(guī)律變化的情況，采集發(fā)動機的轉速n、汽車的車速v、冷卻液溫度T等監(jiān)測信號參數(shù)，然后將這些信號傳輸?shù)絃abVIEW中，設計仿真汽車運行的監(jiān)測系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件主要是測試對象的傳感器和執(zhí)行器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機等；軟件采用LabVIEW圖形化語言編程，其監(jiān)測系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)結構Fig.1 Monitoring system structure

2 軟件設計

監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計采用圖形化編程軟件平臺LabVIEW，主要實現(xiàn)以下功能：①不同擋位的數(shù)據(jù)顯示及報警功能；②數(shù)據(jù)回放——方便查閱行車時在不同擋位的歷史記錄，為故障檢測提供平臺；③數(shù)據(jù)采集——將監(jiān)測信號讀取到上位機，進行顯示及數(shù)據(jù)處理。

2.1 軟件功能

系統(tǒng)軟件主要對轉速n、車速v及冷卻液溫度T進行數(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)對數(shù)據(jù)進行采集并記錄結果；若不在，則顯示報警并對其進行相應的處理。不同擋位的數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。

2.2 軟件設計

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

例如，當系統(tǒng)的擋位調節(jié)到一擋位時，先判斷發(fā)動機的轉速，如果n≥750 r/min時，報警紅燈亮，否則進行下一個參數(shù)v的判斷。如果v>5.3 km/h時，顯示報警紅燈亮，否則繼續(xù)對n，v進行采集、判斷。若T>40℃，則顯示報警紅燈亮，否則繼續(xù)采集下一組數(shù)據(jù)并進行判斷。

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)測值Tab.1 Monitoring value of different gear positions

2.3 軟件界面

監(jiān)測系統(tǒng)前面板包括報警系統(tǒng)、換擋滑動桿、數(shù)據(jù)記錄、轉速表盤、車速轉盤、溫度測試計等，如圖3所示。

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

每個表盤的值對應其給出的指定值，3組數(shù)據(jù)記錄表分別對應在不同擋位下，輸出轉速、車速、溫度等信號數(shù)值。實現(xiàn)了圖標的實時顯示、不同擋位的切換設置、數(shù)據(jù)記錄設置、數(shù)據(jù)采集設置、報警界限設置等。在不同的擋位下可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、顯示和同步保存。當換到下一擋位時也可以查上一擋位的數(shù)據(jù)采集情況。

3 系統(tǒng)測試

3.1 數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模式

將擋位設置為一擋位時，數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模式如圖4所示。此時，轉速為751 r/min，車速為5.1 km/h，冷卻液溫度為41℃，而n和T的值超出了所設定的范圍，轉速報警燈和溫度報警燈成紅色報警狀態(tài)。監(jiān)測系統(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等相關處理措施。

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

將擋位設置為三擋位時，數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模式如圖5所示。此時，發(fā)動機轉速為3066 r/min，車速為52.7 km/h，冷卻液溫度為39℃，n超出了所設定的范圍，轉速報警燈成紅色報警狀態(tài)。監(jiān)測系統(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警。

圖5 三擋位的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模式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，主要是對系統(tǒng)采集監(jiān)測得到的實時數(shù)據(jù)進行存儲和查看，并進行統(tǒng)計分析。通過對實時采集的數(shù)據(jù)進行分析，總結監(jiān)測系統(tǒng)什么時間段、哪個采集信號多次發(fā)生報警，并針對該問題采取相應的措施。圖6中每一組數(shù)據(jù)記錄前的第2個按鍵用來輸入用戶需要查看的具體時間采集到的數(shù)據(jù)。例如，圖中二擋位的數(shù)據(jù)記錄時間為第5 s，轉速為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 結語

本文設計的虛擬汽車自動變速器監(jiān)測系統(tǒng)采集轉速n、車速v和冷卻液溫度信號T，并將信號傳入虛擬儀器中，利用LabVIEW軟件搭建虛擬監(jiān)測系統(tǒng)。在不同擋位時的各個模塊并監(jiān)測它們之間的值的范圍，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、處理、報警、數(shù)據(jù)回放等功能。通過虛擬平臺，對自動變速器運行狀況進行監(jiān)測，測試結果證明，計算機結合虛擬平臺構建的監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測汽車變速器的各項指標，不僅可以進行故障分析，而且對汽車修理企業(yè)帶來了更好的社會效益和經(jīng)濟效益。

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