基于LabVIEW的摩托车测试平台的搭建

王军，董绍江,2，高乾松

(1.重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆 400074；2.长安大学陕西省高速公路施工机械重点实验室，陕西西安 710064)



基于LabVIEW的摩托车测试平台的搭建

王军1，董绍江1,2，高乾松1

(1.重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆 400074；2.长安大学陕西省高速公路施工机械重点实验室，陕西西安 710064)

高性能的摩托车振动系统能够有效保证厂家实时监测摩托车的运行状态。基于LabVIEW软件，建立振动信号的测试分析系统，针对摩托车运行时的振动做了信号采集、处理及分析，克服了传统测试系统的不足之处，推动虚拟仪器在振动测试领域的应用。

摩托车振动系统；LabVIEW；振动测试

0　引言

一直以来，国内外摩托车生产厂都普遍重视摩托车测试系统的搭建。如AVL研制的PUMA系列的发动机试验系统；德国申克公司开发的试验台具有Dynamount Countrol自动化系统和道路负荷模拟模块，可逼真地再现实际工况[1-2]。文中以LabVIEW软件为平台，建立测试分析系统，系统地针对摩托车运行时的振动做了信号采集处理及分析。

1　LabVIEW测试平台的搭建

1.1传感器的选择

机械设备在运行过程中发生故障时，其振动频率可覆盖几赫兹到数千赫兹的范围。因此，不能用位移和速度传感器来采集振动信号，而只能用加速度传感器来采集。加速度传感器主要用于测量振动物体的振动加速度。压电式加速度传感器，由于具有结构简单、工作可靠、体积小、质量轻、灵敏度高和频率范围宽等优点，在实际测量中应用最为普遍[2]。典型的集成压电式加速度计(ICP)是在传统的压电加速度计基础上耦合一个以场效应管为核心的内装放大器电路所构成，对系统的抗干扰能力、分辨率和稳定性等有较高保障[3-4]。

根据振动信号的特点，作者最终选择的压电式加速度传感器为 ICP 型美国 PCB 压电式加速度传感器，其灵敏度为100 mV/g，测量范围50g，频响范围0.3～10 kHz[5]。主要因为这个传感器价格便宜，灵敏度相对比较合适。图1为该传感器的实物图。

1.2信号采集器选择

此次使用的信号采集器是CoCo-80, 具体的型号为CoCo-P02。CoCo-P02配有8个输入通道，可以精确地测量和记录动态及静态的信号；内置大容量闪存能够同时记录8个通道连续数据，每通道采样率可高达102.4 kHz，并且可以同时进行时域和频域的实时信号分析；输入方式为单端，差分，A/D位数为24位，采样速率为0.48～102.4 kHz,频率精度优于1/100 000,共模输入范围为±10 Vpk。输出通道有一个，动态范围为90 dB,连接方式为SMB单端[6]。实物如图2所示。

图2　CoCo-80实物图

1.3信号分析模块仿真设计

1.3.1数据的读取和显示

此阶段设计的主要功能是：读取一个txt格式的文件，并把所读取的文件用波形显示出来。其程序框图设计如图3所示。

图3　数据读取和显示程序框图

1.3.2滤波

要对信号进行滤波，首先要选择一个滤波器。滤波器的种类有很多，功能不尽相同，LabVIEW开发平台提供多种滤波器供人们选择。此次设计选用的是低通IIR滤波器，拓扑结构为Butterworth,程序运行时，用户可以通过前面板对滤波器进行参数设置，使滤波效果达到最好。滤波模块的程序框图和前面板如图4所示。

图4　低通滤波器程序图

1.3.3时域分析设计

此次时域分析中对于信号处理中常用到的直流分量和均方根值的测量，可以使用基本平均直流-均方根VI来实现。程序框图如图5所示。

采用的是while循环，把混合单频和噪声波形产生的波形经过基本平均直流-均方根处理后，产生的直流值和均方根值组成簇，最终以波形的形式输出。

时域分析前面板设计如图6所示。

图6　时域分析界面设计

1.3.4频域分析平台的搭建

频域分析使用的是FFT分析幅度谱和相位谱，添加混合单频与噪声波形VI用来生成两个不同频率、幅值和初相位的正弦波叠加信号。程序设计框图见图7。

图7　频率分析程序框图

频域分析前面板设计如图8所示。

图8　频域分析前面板

从图8可以看出：相位谱虽然比较杂乱，但幅度谱中很容易看出两个明显的峰值，其位置正好和两个正弦波的频率相对应，且从幅度上来看，比例也为1∶2,符合两个正弦波的幅度比值。

1.3.5功率谱分析平台的搭建

其程序框图如图9所示。

图9　功率谱程序框图

其前面板界面设计如图10所示。

图10　功率谱前面板设计

此次功率谱的波形生成是用正弦波生成器，通过改变正弦波的频率和幅值能够得到不同的功率谱。

1.4数据分析平台搭建

此次设计的过程是：把测量的数据导入到LabVIEW中，然后通过Butterworth滤波器，一方面输出波形显示原始信号，另一方面把所得到的波形通过FFT变换得到频率谱和通过自功率谱估计频率峰值和功率峰值。整个模块设计的程序框图如图11所示。

图11　整个模块设计程序框图

2　结论

主要搭建了基于LabVIEW的摩托车测试分析系统。采集摩托车发动时车身的振动频率，通过LabVIEW测试平台的分析，可以得到车身的实际频率，通过和固有频率的对比，能够减少共振现象的产生，对于减少摩托车启动时车身的抖动情况有着重要的意义。

【1】徐万明.基于LabVIEW的虚拟仪器研究与开发[D].包头:内蒙古科技大学，2006.

【2】林正盛.虚拟仪器技术及其应用[J].电子技术应用，1997(3):2-5.

【3】杜秋姣.基于虚拟仪器的高速数据采集系统的研究[D].武汉:华中科技大学,2004.

【4】熊秀.基于虚拟仪器的控制系统[D].西安:西北工业大学，2010.

【5】高晓蓉，李金龙，彭朝勇.传感器技术[M].2版.成都:西南交通大学出版社，2013.

【6】张洪亭,王明赞.测试技术[M].沈阳:东北大学出版社,2005.

Construction of the Motorcycle Vibration System Based on LabVIEW

WANG Jun1,DONG Shaojiang1,2,GAO Qiansong1

(1.School of Mechanotronics & Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074,China;2.Key Lab of Highway Construction Machinery (Shaanxi Province), Chang’an University,Xi’an Shaanxi 710064,China)

The high performance motorcycle vibration system can be used to monitor the real-time running state of the motorcycle by manufacturers. Based on LabVIEW software, the test and analysis system for vibration signal was established. The signal acquisition, processing and analysis were made for the vibration of motorcycle. The deficiency of the traditional test system used in the vibration test of motorcycle was overcome. The application of virtual instrument in the field of vibration test can be promoted.

Motorcycle vibration system; LabVIEW; Vibration test

2016-05-31

陕西省高速公路施工机械重点实验室开放课题资助(2014SZS11-K02)

王军(1991—)，男，硕士研究生,研究方向为机械电子工程。

董绍江，E-mail:dongshaojiang100@163.com。

G872.2

B

1674-1986(2016)08-059-03