车辆驱动桥总成齿轮疲劳试验台软件和数据采集与控制系统总体设计

王中应

（福建省特种设备检验院，福建 福州 350003）

一、车辆驱动桥总成齿轮疲劳试验台控制系统软件的设计任务及分析

车辆驱动桥总成齿轮疲劳试验台系统软件主要的任务包括:

（一）试验系统的自动化控制：包括对大量顺序动作的控制。

(二）数据的记录与处理：主要包括对驱动桥疲劳试验时，传感器输出脉冲做出详细的记录，并根据疲劳试验数据计算驱动桥各个性能的评价参数。

(三）辅助管理功能：包括试验过程的监控、报警，检测参数的设置、系统管理、检测结果及数据的保存及管理和打印试验报表等。

（四）提供良好的人机交互环境：友好、宜操作的界面是软件必不可少的。

综合分析，系统软件设计应包括两部分内容：

1、是应用程序，主要进行数据采集和数据处理。

2、是人机界面，即为应用程序建立良好的使用操作环境。

二、车辆驱动桥总成齿轮疲劳试验台控制系统软件的总体设计

系统软件的总体结构如图1所示。试验台的软件系统主要由以下几个部分构成:

（一）系统管理包括用户管理、I/O设备管理、系统标定、重新登录、修改密码、退出等功能。用户管理实现对操作员的管理，增加或删除用户；I/O设备管理实现对系统使用的接口板卡对应硬件设置参数(基地址、中断号等)的修改。

（二）软件模块包括数据采集板卡驱动模块、传感器标定模块、数据处理模块以及油温控制模块等。

（三）检测参数(标准)设置：利用该部分可以对检测参数及检测标准进行设置、调整和管理。

（四）检测档案：检测的结果和数据以数据库及数据文件的形式保存，利用检测档案可以查询保存的单次检测结果及数据，并可以进行多次检测的统计分析，删除、转存、打印检测记录等。

（五）状态查看，包括查看当前参数、查看系统实时状态、控制面板状态、动力系统状态等。

（六）检测：主要是疲劳检测，实现对检测的自动控制、检测、信号的记录、处理、计算及检测结果的显示、保存；对试验结果进行分析，按照试验标准给出结论；并且可以查询制动试验和疲劳试验的档案，包括对数据库进行操作，如查看、删除、打印等。

（七）故障诊断和报警：监视试验台及被试驱动桥的工作情况，实现驱动桥破坏前警报、破坏后自动停机，并能对被试驱动桥的破坏形式进行分析和预测，意外紧急情况急停、声光警示等。

（八）帮助，提供联机帮助以及疑难问题解答。包括索引、关于、系统信息等等几部分。

三、计算机数据采集与控制系统的总体设计

计算机数据采集与控制系统是试验台控制系统的重要组成部分，其工作应可靠，测量精度要高。该系统主要对各子系统的开关量信号、车桥的输入转速、车轮转速、输出扭矩、加载压力、润滑油油温、冷却水温度、以及其他重要的信息进行采集。这些信号的及时获取便于控制和协调系统总体运行，同时为整个试验台系统的监测与分析提供数据依据。

工控机由于其具有很高的可靠性和面向I/O的设计特点，特别适合于工业现场的直接控制。故试验台系统以工控机作为控制核心，实现人与测试系统的信息交换、测试数据的分析处理及控制指令的发出等。围绕测试系统的工艺要求、控制任务、环境要求和可靠性、先进性、继承性等因素综合全面考虑，最后确定计算机数据采集与控制系统方案。

该系统中具有开关量输入信号，输出信号，模拟输入信号，模拟输出信号，脉冲信号。为了采集到这些有用信号，现场每一路信号都要通过光电耦合模块、信号调理模块，然后输入计算机进行记录、判断、运算，最后输出合适的控制信号以维持、协调每个子系统。图2为数据采集与控制系统硬件框图:

四、数据处理程序设计

程序运行时，要对采集到的数据进行实时动态绘制、保存，以方便监控和分析。首先对每个采样周期读到数据采用滑动平均值滤波的方法进行滤波，以去除各种干扰信号。采用数字滤波可以有效去除随机性干扰。接着将滤波后的数据动态地在界面上绘制成曲线，并且保存起来，从而为试验分析提供帮助。滑动平均值滤波相对于中值滤波和算术平均值滤波，系统的实时性可以得到保证。该方法采用循环队列（单精度数组数据类型）作为采样数据存储器，队列长度固定为n，每进行一次新的采样，把采样数据放入队尾，扔掉原来队首的数据。这样，在队列中就时刻保持着最新的n个数据，对这n个数据求平均值，作为此次采样的有效值。这种方法每采样一次，便可得到一个有效采样值，因而速度快、实时性好，对周期性干扰具有良好的抑制作用。数据处理程序流程框图如图3所示。

五、控制系统软件界面设计

系统软件按照模块化设计，主要包括参数设置模块、控制主界面模块、通信设置模块、板卡测试模块、传感器标定模块以及数据库查询模块（图4）。图中箭头方向为一般试验操作步骤。

主界面简介：在主界面可以完成被试件特征参数的录入、信号报警限值的设定（“限值设置”标签）、驱动桥测试工况的设定（“工况设定”标签）、数据处理方法的选择（“数据处理”标签）、数据刷新和保存频率的选择（同上）、文件保存路径（同上）、各种信号数据的实时显示及被测量曲线的动态绘制。通过点击主菜单就可以进入其他模块界面，进行试验参数的前期设置、传感器的标定系数的求解、板卡自测、通信设置及自测以及查询试验结果数据库，重新绘制曲线等操作。

[1]胡绪英、李梓、郑传生，Access 2002 数据库技术及应用]M]，北京：科学出版社，2003

[2]余昌盛，C++ Builder 6 数据库系统开发实例导航[M]，北京：人民邮电出版社，2003

[3]王立福，软件工程[M]，北京：北京大学出版社，2002.

[4]中华人民共和国汽车行业标准. QC/T 533-1999汽车驱动桥台架试验方法[S].中国汽车工业公司，1999.