1 引言

汽車轉鼓實驗臺（又稱底盤測功機）是一種大型室內汽車試驗設備，是一種完成汽車整車試驗的臺架試驗系統。傳統的轉鼓實驗臺測控系統由傳感器、多路信號處理器、AD/DA轉換器，工業控制測試主機和X-Y曲線繪圖儀等設備組成。系統構成比較復雜，測控系統的程序一般由VC或其他高級編程語言構成，程序調試和參數的修改均比較繁瑣?；贚ab Windows/CVI語言的虛擬儀器測控系統，以傳感器，信號調理電路，數據采集卡構成數據采集系統。系統通過計算模擬行駛阻力，通過數據采集卡輸出模擬直流電壓信號，再通過信號處理和電路轉換產生激磁電流，并通過同步交流電機對測試車輛進行加載。整個測控系統結構簡單，程序的設計和調試工作量小，測試采集量和數據計算結果的顯示通過工控機顯示器完成，是一個理想的汽車轉鼓實驗臺測控平臺。本文將以轉鼓實驗臺動力性測試的測控系統為研究對象，探討虛擬儀器在該測控系統中的應用。

2 基于Lab Windows/CVI的汽車轉鼓實驗臺測控系統

對于車輛動力性測試的測試系統而言, 汽車轉鼓實驗臺的測控系統可分為3個模塊：①數據采集模塊，其功能是實時采集滾筒的轉速及扭矩信號；②行駛阻力模擬程序以及轉鼓實驗臺功能擴展程序，其功能為處理所采集的數據，計算模擬加載阻力值以及顯示測試系統所需的輸出量；③控制模塊, 其功能是根據程序計算得到的模擬阻力值，通過輸出信號處理和電路轉換生成按標定確定的激磁電流，由交流電機對車輛進行加載。

基于虛擬儀器的轉鼓實驗臺測控系統由傳感器，數據采集卡，工控機和虛擬測控軟件Lab Windows/CVI的程序構成, 其系統結構總圖如圖1所示。

圖1　基于虛擬儀器的轉鼓實驗臺測控系統結構圖

3 基于虛擬儀器的數據采集系統硬件

虛擬儀器的硬件平臺由PC計算機、中泰PCI-7333數據采集卡，配以相應的傳感器組成。

3.1 傳感器及調理電路

（1）傳感器。傳感器完成信號的獲得, 它將被測參量轉換成相應的可用輸入信號。

（2）信號調理電路。通常，傳感器信號不能直接轉換為數字數據，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數字數據之前必須進行調理。調理就是放大，緩沖或標定模擬信號，使其符合數據采集卡量程范圍。然后，經數據采集卡的A/D轉換器對模擬信號進行數字化，并把數字信號送到微控制器或其他數字器件，以便用于系統的數據處理。

3.2 數據采集卡及虛擬儀器硬件平臺

本實驗系統采用中泰PCI-7333數據采集卡。PCI-7333多功能數據采集卡適用于提供PCI總線插槽的PC系列微機，具有16路模擬輸入通道和2路模擬輸出通道和即插即用（PnP)等功能。它提供的動態鏈接庫文件Usb7K7kC.dll，所封裝的函數可以被其他應用程序在運行時直接調用。

扭矩傳感器采集的模擬信號送入PCI-7333的模擬通道，經A/D轉換后的數據結果通過先進先出存儲器緩存后由USB總線讀出；轉速信號經轉速采樣整形后通過采集卡16位字長的計數/定時器接口輸出。

4 轉鼓實驗臺輸出控制——模擬行駛阻力原理

阻力加載是轉鼓實驗臺模擬道路行駛阻力的主要組成部分。轉鼓實驗臺的控制模塊, 就是根據程序計算得到的模擬阻力值，通過輸出信號處理和電路轉換生成激磁電流，由交流電機對車輛進行加載。

4.1 汽車路試行車阻力數學模型

4.2 汽車臺試行車阻力數學模型

4.3 轉鼓實驗臺加載阻力控制

5 基于Lab Windows/CVI的轉鼓實驗臺測控系統軟件設計

Lab Windows/CVI是美國NI公司開發的基于標準C語言的可視化、交互式的虛擬軟件開發工具，具有標準Windows風格的操作界面，可在多種操作系統下運行，它不但有豐富的函數庫，還集成了各種專業的測控工具，提供了優越的硬件接口功能，基于該環境可以充分利用各種資源配置系統結構，進而達到系統最優、成本最低的目的。

在虛擬儀器中，使用相同的硬件系統，通過不同的軟件編程，就可以實現功能完全不同的測量儀器。對于轉鼓實驗臺動力性測試的多功能測試要求，用戶可以根據各測試功能的需要將具有一種或多功能的通用模塊相結合, 并且調用不同功能的軟件模塊, 就能完成不同的測試任務。轉鼓實驗臺測控系統Lab Windows/CVI程序的基本任務有3個：①通過軟件編程設計各種測量模塊, 完成各種測量任務的程序設計；②通過軟件編程輸出交流電機所需的激磁電流放大信號，控制交流電機的加載；③為各測試功能模塊設計相應的面板, 并按轉鼓實驗臺的試驗要求設計結果顯示系統。圖2為汽車轉鼓實驗臺測控軟件的前面板圖。

圖2 汽車轉鼓實驗臺測控軟件前面板

5.1 信號采集模塊

Lab Windows/CVI為大多數數據采集卡、總線等相關設備提供了驅動程序，在使用過程中只要安裝了驅動程序，就可以調用相關的函數完成對設備的初始化、配置等操作。對于中泰USB7333數據采集卡，由于Lab Windows/CVI提供的儀器驅動程序無法直接驅動，故采用直接操作端口地址法，用C語言提供的端口輸入函數inp ( )、inpw( )和端口輸出函數outp ( )、outpw( )對系統板端口直接操作，以實現底層I/O驅動。

5.2 加載阻力計算模塊

加載阻力計算模塊的輸入為滑行實驗獲得的模型系數、車速、滾筒半徑、整車質量以及質量換算系數。此模塊的功能是把速度信號按等距離離散化生成一系列數列，然后對生成的數列每相鄰兩點進行微分，近似求出該段中點處的導數，然后輸出各點導數即為角加速度數列。得到加速度數值后，再按上文的加載阻力計算公式以圖形化程序進行計算即可得到模擬的加載阻力作為此模塊的輸出。加載阻力計算原理圖如圖3所示。

圖3 加載阻力計算原理圖

5.3 控制信號輸出模塊

由永磁同步電機在兩相坐標系下的數學模型可知：在極對數和反電勢系數不變的情況下，交流電機的輸出電磁轉矩和定子電流的軸分量呈線性關系。即一定的模擬加載阻力矩對應一定大小的模擬勵磁電流。由行駛阻力計算模塊計算出的模擬加載阻力矩為控制量的輸出信號，對這個輸出量進行標定后，由得到相應的模擬勵磁電流。得到的勵磁電流信號將通過指定的數據采集卡輸出通道輸出給信號處理及電路轉換系統。

6 結論

由虛擬儀器技術構建的轉鼓實驗臺測控系統主要由數據采集系統和基于Lab Windows/CVI的加載阻力模擬程序構成。在普通PC機的硬件平臺上，對虛擬儀器的硬件和軟件進行一定的配置后，就可以通過加載設備對模擬車輛行駛阻力進行實時的控制，從而較精確地模擬車輛的行駛狀況。與傳統轉鼓實驗臺的測控系統相比，基于虛擬儀器技術的測控系統結構簡單，硬件驅動均有相應的配套軟件給予支持。同時，基于Lab Windows/CVI的程序編程工作量相對較小，便于調試和修改。通過虛擬儀器構成的轉鼓實驗臺演示系統也可以借助普通PC機的顯示器進行實時顯示，數據的存儲和打印，也可以通過Lab Windows/CVI相應功能模塊方便地完成。

參考文獻

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