基于LabVIEW汽车起动机测试系统设计

陈东旭，李孟凯，金浩然，陈 武

(黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

基于LabVIEW汽车起动机测试系统设计

陈东旭，李孟凯，金浩然，陈 武

(黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

文中介绍了汽车减速起动机测试系统的设计、结构和功能实现，并使用LabVIEW虚拟仪器平台来设计对减速起动机进行性能参数测试的测试系统。通过使用LabVIEW虚拟仪器技术，极大地降低了减速起动机检测过程中的成本，而且在使用过程中更加方便实用。测试系统可以对汽车起动机的转矩、转速、电流、电压等主要性能参数进行测试。该起动机测试系统能够提供一个良好的学习平台，发现并解决减速起动机的一些特殊问题，并具有交互界面简洁、维护成本低、扩展方便等优点。

汽车减速起动机；测试技术；LabVIEW虚拟仪器；信号采集；数据处理

减速直流起动机是广泛应用于各类进口和国产汽车在起动过程中最重要的电器设备之一，由汽车蓄电池提供电源。减速起动机性能的优劣直接影响到发动机的正常运转，所以汽车减速起动机的检测工作就显得及其重要。随着计算机技术的发展，LabVIEW虚拟仪器在产品设计开发的过程中的文件配置与模型仿真方法的便利性逐渐显现出来，提高工作效率并降低了开发成本，可以自由定制所需要的仪器功能和检测项目，并使用美国国家仪器公司(National Instruments)的LabVIEW软件与采集板卡和配套软件 NI DAQmx的数据采集方案，测试的流程如图1所示。通过结合汽车减速起动机的理论知识完成减速起动机测试系统的设计、结构和功能实现，以此来检测汽车减速起动机的性能和品质。

图1 数据采集过程示意图

基于LabVIEW虚拟仪器的汽车减速起动机变载荷测试系统是一个整合了汽车减速起动机组件与辅助组件的硬件平台与LabVIEW虚拟仪器平台的综合测试系统试验台。利用汽车减速起动机的测试系统可以对减速起动机的电流、电压、转速和转矩直接进行测量，并能直观地显示出减速起动机的性能参数以及工作时的稳定性。

1 测试平台整体结构设计

汽车减速起动机测试系统的仪器设备是由车用蓄电池、汽车减速起动机、联轴器、行星齿轮减速机、磁粉制动器、转速传感器、压力传感器、电流检测装置、飞轮装置、NI数据采集卡、试验台架和LabVIEW上位机软件等组成，如图2所示。使用此试验平台来模拟汽车减速起动机在汽车上的工作状态。

1—磁粉制动器;2—联轴器;3—行星减速机;4—轴承座；5—飞轮;6—减速起动机;7—铝型材;8—万向轮图2 测试系统试验台UG三维结构图

对减速起动机综合性能测试项目分析主要参照以下国家标准：

1)QC/T 277—1999《减速起动机特性试验方法》；

2)QC/T731—2005《汽车用减速起动机技术条件》；

3)QC/T13—2002《汽车电气设备基本技术条件》。

根据国家标准中的相关要求，需要对减速起动机测试的功能项目进行确认。需要进行测试的性能参数有转速、转矩、电压、电流等多项参数。

在系统设计的过程中首先要对动力模块进行模拟设计，在经过充分理解汽车减速起动机的理论知识之后，需要根据实际情况选择合适的可变负载来进行模拟试验，使用符合检测要求的压力、转速传感器，并设计汽车减速起动机到可变负载之间的传动机构。利用美国国家仪器公司的数据采集卡来搭建相关传感器与LabVIEW虚拟仪器平台之间的数据传递，然后根据试验台和所有组件的外形尺寸参数的设计整体尺寸结构的布置设计与校核，最后经过理论验证和实际经验对该测试系统进行整体布置的设计，完成该测试系统的硬件设计。减速起动机测试平台是项目研究必要的软件基础，是测试调试的关键步骤。

2 LabVIEW虚拟仪器开发平台

LabVIEW是美国国家仪器公司提供的图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。LabVIEW平台可以轻松完成软件与硬件之间的连接和操作，拥有强大的数据处理能力，并将处理后的结果直观地展示给用户。为用户使用虚拟仪器进行设计、研究、实现测试仪器的功能时提供了非常便利的基础条件，使工作技术人员能够高效地完成相应的工作。所以选用LabVIEW软件作为汽车减速起动机测试系统的软件研究平台。

汽车减速起动机试验台的测试程序结构基于LabVIEW平台，是由VI前面板的测试界面部分和内部的程序框图运算处理程序部分组成，是使用VI图标和连线代替原有的计算机语言文本代码来创建应用程序的开发工具。LabVIEW测量程序框图使用NIDAQ助手进行数据信号测量与采集，通过LabVIEW软件的函数采集功能以及图表显示的特殊功能来进行数据采集与数据处理工作。可以方便而快速地分析所采集的信号数据。总结汽车减速起动机的各项参数和性能指标，确认减速起动机是否符合实际需求和设计目标等指标。此汽车减速起动机测试系统试验台架显示出了新型测试技术的先进性与重要性，在教育和科学研究领域有待推广。

3 转速、电流、压力测量程序

转速测量采用的是霍尔式转速传感器，通过检测信号频率的方式进行设计，测试程序如图3所示。测试程序通过LabVIEW虚拟仪器的数据采集DAQ助手将采集到的减速起动机转速和电流参数使用专用的处理函数进行处理。在程序设计的过程中还要考虑到测量信号时外部信号干扰的因素，所以要对采集到的信号进行高通、低通滤波处理来获得平滑的数据信号。再是使用LabVIEW虚拟仪器功能提供的单频率测量函数对信号进行频率测量，根据转速和信号频率之间的关系就可以间接获取减速起动机在不同工况下的转速情况。转速测量程序调试的结果如图4所示。

图3 转速测量程序

图4 转速测量界面

利用霍尔效应来测量电流和转速的信号，对汽车减速起动机两端的电流和减速起动机齿轮转速进行测量，将采集到的数据信号进行处理，最后得到在不同情况下与真实结果相符的数值。程序如图5、图6所示，首先在LabVIEW中使用DAQ助手来配置电流信号采集单元，然后对采集到的信号通过幅值和电平测量函数来获取电流信号的均值和均方根，从而获得汽车减速起动机在不同时刻的电流值和转速值，再通过虚拟仪器的显示控件将结果显示在程序前面板上。

图5 电流测量程序

图6 同时刻转速、电流采集程序

运行转速和压力测量程序，在前面板上可以实时显示出汽车减速起动机测试系统运行时的转速和转矩随电流变化关系曲线，和在不同时刻减速起动机转速数值大小的实时数值显示，如图7所示。

图7 电流显示模块

4 汽车减速起动机的输出特性

汽车减速起动机输出特性是指减速起动机两端的电压保持不变时，减速起动机的电流和减速起动机转速之间的关系。减速起动机的空载转速和全负荷转矩是判定减速起动机性能的重要参数，所以减速起动机的输出特性曲线测定是很有必要的。减速起动机输出特性曲线程序使用DAQ助手来采集数据、信号调理函数来处理采集到的不同时刻的电流和转速数据，然后将处理过的数据通过电子表格函数记录到Excel电子表格中，再读取出电子表格中的数据在LabVIEW中生成二维数组，利用XY图的显示控件将显示出的数据各个点依次连接起来后就能显示出输出特性曲线。输出特性曲线程序如图8所示，转速输出特性拟合曲线如图9所示。

图8 输出特性曲线程序

图9 转速输出特性拟合曲线

5 结束语

相比较于国内汽车减速起动机测试技术，本文介绍了以计算机为核心的汽车减速起动机综合测试系统，实现对减速起动机测试数据的实时数据信号采集、数据处理、结果显示和信号输出控制。测试系统和测试程序在不同工况和不同转速下对减速起动机各项参数的测量，可以满足减速起动机测试的性能参数指标和项目要求，还体现出该测试系统测试效率高、可扩展性好、处理测试数据能力强和工作耐久性良好等特点。

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Automotive starter test based on LabVIEW system design

CHEN Dongxu，LI Mengkai,JIN Haoran,CHEN Wu

(College of Automobile and Traffic Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China)

This paper introduces the vehicle decelerating starter test system on structure, design and function, implementation, in which the LabVIEW virtual instrument platform is used to design the performance parameter test of decelerating starter test system. The LabVIEW virtual instrument technology, can greatly reduce the slow starter in the process of testing cost, for more convenient and practical. This system can test the automobile starter on torque, rotational speed and main performance parameters such as current, voltage test. The starter test system can provide a good learning platform, to find and solve the problem of slow starter of some special, so the testing system can serve a simple interactive interface, low maintenance cost, and convenient extension.

automobile slow starter; testing technology; LabVIEW; signal acquisition; data processing

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.06.006

2017-07-02

陈东旭(1994-)，男，本科生，研究方向：汽车试验.

U467.5

A

1671-4679(2017)06-0029-05

[责任编辑：刘文霞]