虚拟汽车变速器监测系统的设计

谢 檬 ，李瑞雪 ，闵 亮

（1.西安交通大学城市学院 电气与信息工程系，西安 710018；2.长安大学 电子与控制工程学院，西安 710064；3.西安交通大学城市学院 计算机科学与信息管理系，西安 710018）

近年来，随着我国经济不断发展，汽车行业的发展蒸蒸日上，更多人拥有了私家车[1-3]。随着汽车数量的不断增多，对汽车安全性能的要求就越来越高，大多数人会购买装有自动变速器的汽车，这就需要有实时监测变速器性能的仪器仪表[4-7]。

现代汽车较多地采用活塞式内燃发动机，由于发动机转矩比的范围比较小，不能保证汽车在较为繁琐的情况下正常运行。汽车自动变速器不但可以扩大发动机传到驱动车轮上的转矩和转速的变化范围，以适应不同条件下的行驶状况，而且还利用空挡暂时切断发动机与传动系统的连接，使发动机处于缓速转换状态[8-10]。与手动变速器相比，自动变速器更具有优势。随着科学技术的不断进步，自动变速器普遍应用于汽车中[11-13]。作为汽车的重要组成部件，自动变速器能否正常运行关乎着汽车的整体状况，为了更方便地监测其运行状况，设计了虚拟仪器的监测系统，监测其主要参数。

1 总体方案设计

利用LabVIEW虚拟软件对汽车运行状况进行监测，从相关的多个传感器和执行器的工作情况进行监测[14-16]。根据自动变速器的结构和工作的规律变化的情况，采集发动机的转速n、汽车的车速v、冷却液温度T等监测信号参数，然后将这些信号传输到LabVIEW中，设计仿真汽车运行的监测系统。

整个系统包括硬件和软件两大部分。硬件主要是测试对象的传感器和执行器、数据采集卡、计算机等；软件采用LabVIEW图形化语言编程，其监测系统结构如图1所示。

图1 监测系统结构Fig.1 Monitoring system structure

2 软件设计

监测系统的软件设计采用图形化编程软件平台LabVIEW，主要实现以下功能：①不同挡位的数据显示及报警功能；②数据回放——方便查阅行车时在不同挡位的历史记录，为故障检测提供平台；③数据采集——将监测信号读取到上位机，进行显示及数据处理。

2.1 软件功能

系统软件主要对转速n、车速v及冷却液温度T进行数据值的采集，选择挡位并判断n，v，T的范围是否在规定的范围内，若在其范围内则继续对数据进行采集并记录结果；若不在，则显示报警并对其进行相应的处理。不同挡位的数据采集流程如图2所示。

2.2 软件设计

根据汽车变速器实际情况，监测系统在不同挡位时n、v、T的监测值设置选择如表1所示。

例如，当系统的挡位调节到一挡位时，先判断发动机的转速，如果n≥750 r/min时，报警红灯亮，否则进行下一个参数v的判断。如果v>5.3 km/h时，显示报警红灯亮，否则继续对n，v进行采集、判断。若T>40℃，则显示报警红灯亮，否则继续采集下一组数据并进行判断。

图2 不同挡位的数据采集流程Fig.2 Data acquisition flow chart for different gears

表1 不同挡位满足的监测值Tab.1 Monitoring value of different gear positions

2.3 软件界面

监测系统前面板包括报警系统、换挡滑动杆、数据记录、转速表盘、车速转盘、温度测试计等，如图3所示。

图3 监测系统前面板Fig.3 Monitoring system front panel

每个表盘的值对应其给出的指定值，3组数据记录表分别对应在不同挡位下，输出转速、车速、温度等信号数值。实现了图标的实时显示、不同挡位的切换设置、数据记录设置、数据采集设置、报警界限设置等。在不同的挡位下可以实现数据的采集、显示和同步保存。当换到下一挡位时也可以查上一挡位的数据采集情况。

3 系统测试

3.1 数据采集监测模式

将挡位设置为一挡位时，数据采集监测模式如图4所示。此时，转速为751 r/min，车速为5.1 km/h，冷却液温度为41℃，而n和T的值超出了所设定的范围，转速报警灯和温度报警灯成红色报警状态。监测系统出现故障，需要采取挡位切换或者加入冷却液使温度降下来等相关处理措施。

图4 一挡位的数据采集监测模式Fig.4 1 gear data acquisition monitoring mode

将挡位设置为三挡位时，数据采集监测模式如图5所示。此时，发动机转速为3066 r/min，车速为52.7 km/h，冷却液温度为39℃，n超出了所设定的范围，转速报警灯成红色报警状态。监测系统出现故障，需要切换挡位，挡位切换置为四挡就可消除报警。

图5 三挡位的数据采集监测模式Fig.5 3 gear data acquisition monitoring mode

3.2 数据回放模式

数据回放模式如图6所示，主要是对系统采集监测得到的实时数据进行存储和查看，并进行统计分析。通过对实时采集的数据进行分析，总结监测系统什么时间段、哪个采集信号多次发生报警，并针对该问题采取相应的措施。图6中每一组数据记录前的第2个按键用来输入用户需要查看的具体时间采集到的数据。例如，图中二挡位的数据记录时间为第5 s，转速为1053 r/min，车速为20.3 km/h，冷却液温度为39℃。

图6 数据回放模式Fig.6 Data playback mode

4 结语

本文设计的虚拟汽车自动变速器监测系统采集转速n、车速v和冷却液温度信号T，并将信号传入虚拟仪器中，利用LabVIEW软件搭建虚拟监测系统。在不同挡位时的各个模块并监测它们之间的值的范围，实现数据的显示、处理、报警、数据回放等功能。通过虚拟平台，对自动变速器运行状况进行监测，测试结果证明，计算机结合虚拟平台构建的监测系统可以实时监测汽车变速器的各项指标，不仅可以进行故障分析，而且对汽车修理企业带来了更好的社会效益和经济效益。

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