發(fā)動機(jī)臺架試驗中利用LabVIEW進(jìn)行車速信號的采集與模擬

朱艷芳 顧 超 劉宏江

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

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)動機(jī)研發(fā)。為了掌握市場主動權(quán)，各大汽車企業(yè)都會選取市場上性能優(yōu)越的發(fā)動機(jī)作為標(biāo)桿機(jī)型進(jìn)行研究，通過各種試驗方案獲得標(biāo)桿發(fā)動機(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。及時掌握對標(biāo)分析信息、充分吸收先進(jìn)設(shè)計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)動機(jī)性能數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行發(fā)動機(jī)性能對標(biāo)測試。在發(fā)動機(jī)臺架對標(biāo)試驗中，若不將整車信號（如車速信號）輸入發(fā)動機(jī)ECU，由于ECU 的保護(hù)作用，ECU 會限制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，從而無法獲取發(fā)動機(jī)完整的萬有特性數(shù)據(jù)。發(fā)動機(jī)臺架性能試驗中，由于發(fā)動機(jī)與整車分離，車輪和變速箱無法為ECU 提供車速信號。因此需設(shè)法為ECU 提供正常的車速信號，從而保證發(fā)動機(jī)按照整車標(biāo)定ECU 程序運行。發(fā)動機(jī)臺架試驗中，利用LabVIEW 進(jìn)行車速信號的采集與模擬是一種較好的為ECU 提供正常車速信號的方案。

隨著計算機(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復(fù)雜系統(tǒng)才能實現(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 具有豐富的信號處理專業(yè)工具箱[3]。通過調(diào)用LabVIEW 提供的設(shè)計工具，可使發(fā)動機(jī)臺架試驗中所需的車速信號的采集與模擬變得更加方便。

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

1 車速信號來源與影響

發(fā)動機(jī)ECU 中的車速信號一共有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（防抱死制動系統(tǒng)）的輪速傳感器。ABS 的車速信號一般來自于安裝于車輛輪端的輪速傳感器，為了使發(fā)動機(jī)在臺架上正常運行，需要給ECU 提供輪速傳感器信號或變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號。有些車輛安全邏輯高，需要變速箱、輪速傳感器同時輸入信號才能保證試驗過程中不會出現(xiàn)ECU 電控故障。

2 車速信號采集與模擬方案介紹

模擬的車速信號需根據(jù)采集的傳感器信號特征來調(diào)制，因此，首先要采集車速信號，判斷車速信號類型。目前，汽車行業(yè)內(nèi)有一種通過示波器采集識別傳感器信號，然后通過機(jī)械工裝模擬器輸入輪速信號、信號發(fā)生器輸入變速器軸轉(zhuǎn)速信號的方案，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 方案對比

但在實際應(yīng)用中，方案1 面臨著一些難題：

1）該方案模擬傳感器信號的方式是機(jī)械式的，可以用于模擬輪速傳感器信號，但不適用于模擬變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號。變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號需使用另外的信號發(fā)生器進(jìn)行模擬，而用信號發(fā)生器模擬軸轉(zhuǎn)速傳感器信號的方式受信號發(fā)生器通道和同步性限制，不適用于輪速傳感器信號模擬。也就是說，目前的輪速傳感器信號、變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號模擬方案并不通用，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盤的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到輸出輪速信號的目的。輪速模擬器模擬輪速的方式需將對標(biāo)車上的輪速傳感器甚至是輪速信號盤拆下，但是，許多車輛的輪速傳感器信號盤為壓裝固定方式，拆解不便，耗時耗力，且極易破壞輪速傳感器信號盤安裝處的零部件，增加了對標(biāo)試驗結(jié)束后車輛復(fù)裝的成本。

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

3 LabVIEW 方案的實現(xiàn)方式

車速信號采集與模擬方案如圖1 所示。NI 機(jī)箱含多個通用板卡卡槽，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)線連接計算機(jī)。計算機(jī)中的LabVIEW 軟件運行相應(yīng)程序，控制對應(yīng)功能的NI 模塊板卡進(jìn)行信號采集或信號模擬輸出。輸出信號的波形特征可在計算機(jī)的LabVIEW 軟件中進(jìn)行設(shè)置。電流、電壓信號的采集與模擬僅需通過切換不同板卡并切換運行程序就能實現(xiàn)，實施簡單，操作方便。

圖1 車速信號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，各模塊均含有多個通道，可多通道同時進(jìn)行信號采集或模擬。根據(jù)各車型的不同車速信號特點，可選用電流或電壓生成模塊進(jìn)行車速信號模擬。

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)動機(jī)電子控制單元中的故障碼。發(fā)動機(jī)對標(biāo)分析中，汽車解碼器常用作發(fā)動機(jī)信息讀取、查明故障、故障清除。LabVIEW 輸入輪速傳感器信號或變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號后，可在汽車解碼器中查看車輛車速。

3.1 信號采集

找到車輛的變速器軸轉(zhuǎn)速傳感器信號線與輪速傳感器信號線，將信號分別接入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，從而獲取傳感器信號特征：波形類型、幅值、占空比、偏移等。

3.2 信號模擬

為了進(jìn)行發(fā)動機(jī)性能測試，將發(fā)動機(jī)安裝于測試臺架上。發(fā)動機(jī)、變速箱里的電路和整車電路正常連接，打開點火開關(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)此時車輛無異常故障碼。為避免限轉(zhuǎn)矩問題，使發(fā)動機(jī)在臺架上正常運轉(zhuǎn)，從而獲得發(fā)動機(jī)完整的各工況數(shù)據(jù)，發(fā)動機(jī)起動后需向車輛輸入車速信號。

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波形特征進(jìn)行點選。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、輪速傳感器信號特征，在計算機(jī)的LabVIEW 軟件程序前面板中配置基本特征相同的波形信號。選擇電流信號還是電壓信號需根據(jù)不同車型實際情況而定。發(fā)動機(jī)試驗時，根據(jù)需要運行程序，從而對車輛輸入車速信號。LabVIEW 成功輸入車速信號后，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)動機(jī)臺架試驗中利用LabVIEW結(jié)合相應(yīng)硬件進(jìn)行車速信號采集與模擬的方案。

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

2）信號采集與模擬過程直接在計算機(jī)上操作，便于信號保存和信號調(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盤可能造成的信號盤安裝處零部件損壞問題，減少了對標(biāo)工作量與后期的車輛復(fù)裝維修成本，從而降低了對標(biāo)成本。