基于LabVIEW的發(fā)動(dòng)機油耗測試系統設計

0 引言

虛擬儀器是利用圖形化編程語(yǔ)言(G語(yǔ)言)在計算機上開(kāi)發(fā)的一種儀器，它結合了簡(jiǎn)單易用的圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境和靈活強大的編程語(yǔ)言，為用戶(hù)提供了一個(gè)直覺(jué)式環(huán)境，在數據采集、自動(dòng)化測試和儀器控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

在發(fā)動(dòng)機測試系統中采用虛擬技術(shù)，以通用計算機為平臺，充分利用計算機豐富的軟硬件資源來(lái)完成數據采集、處理和結果顯示等功能;其克服了傳統儀器運算速度受限，開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)、編程效率低、程序固化而系統擴展性能差、不能進(jìn)行大量復雜的數據分析處理和數據

存儲空間小等方面的不足。

基于LabVIEW的發(fā)動(dòng)機油耗測試系統正是充分利用了LabVIEW強大的工具、函數以及圖形化控件，實(shí)現了對油耗的自動(dòng)測量和實(shí)時(shí)監測，同時(shí)可實(shí)現自動(dòng)報警。

1 系統的硬件結構方案

系統是在原發(fā)動(dòng)機實(shí)驗測控臺架上設計開(kāi)發(fā)了一種瞬態(tài)油耗測試系統，其硬件結構如圖1所示。整個(gè)系統大致由3部分組成：第1部分為油耗傳感器，其功能是把發(fā)動(dòng)機的油耗等性能參數通過(guò)傳感器轉為相應的電信號，此處可充分的利用發(fā)動(dòng)機實(shí)驗測控臺架得到轉速和扭矩等信息;第2部分為數據采集卡，NIUSB9219自帶信號調理功能，可以對信號進(jìn)行采樣、放大、A/D轉換，并把采集到的數據以一定的格式傳送給上位計算機;第3部分為計算機處理系統，其功能是實(shí)現數據的處理、顯示和存儲以及報警指示。

系統采用的是美國NI公司的NI USB9219數據采集卡，是一款即插即用、具備4通道6端子連接器，可測量應變計、RTD、熱電偶、測壓元件和其他需要供電的傳感器信號的數據采集卡。每條通道都接受單獨選擇，都可以分別采集模擬信號或數字信號。借助于250 Vrms的通道間隔離，USB-9219不僅保護了周?chē)哪K、機箱和經(jīng)連接的計算機系統，而且保護了相同模塊內的其他通道。除提高安全性之外，通道間隔離還消除了與接地回路相關(guān)的問(wèn)題。油耗傳感器輸出的信號直接輸入NIUSB9219的通道，經(jīng)上位機的LabVIEW油耗測試軟件分析處理，進(jìn)行數據存儲并送給顯示器輸出實(shí)時(shí)顯示數據，為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機狀態(tài)檢測提供依據。

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2 油耗測試原理

燃油消耗率是評價(jià)發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟性的重要指標。測定燃油消耗率(簡(jiǎn)稱(chēng)耗油率)的方法通常有容積法、重量法、流量計法和流速計法等。本系統選用的是質(zhì)量式油耗傳感器，通過(guò)測量一段時(shí)間內所消耗的燃油重量計算出發(fā)動(dòng)機單位時(shí)間內的油耗量，計算公式為：G=3.6ω/t。式中：ω為燃油質(zhì)量，單位：g;t為測量時(shí)間，單位：s;G為燃油消耗量，單位：kg/h。

質(zhì)量式油耗傳感器由稱(chēng)量裝置、計數裝置和控制裝置組成，如圖2所示。稱(chēng)量裝置通常利用臺秤改制，量程為10kg，稱(chēng)量誤差為±0.1-%。稱(chēng)量裝置的秤盤(pán)上裝有油杯(圖2中的1)，燃油經(jīng)電磁閥(圖2中4)加入油杯。電磁閥的開(kāi)閉由裝在平衡塊上的行程限位器(圖2中7)撥動(dòng)2個(gè)微型限位開(kāi)關(guān)(圖2中5和6)來(lái)控制。光電傳感器給出油耗始點(diǎn)和終點(diǎn)信號，它由2個(gè)光電二極管(圖2中8和9)裝在棱形指針上的光源10組成，光電二極管(圖2中8)為固定式，光電二極管(圖2中9)裝在活動(dòng)滑塊上，滑塊通過(guò)齒輪齒條機構移動(dòng)，齒輪軸與鼓輪(圖2中12)相連，計量的燃油量通過(guò)轉動(dòng)鼓輪(圖2中12)從刻度盤(pán)上讀出。計量開(kāi)始時(shí)，光源(圖2中10)的光束射在光電二極管(圖2中8)上，光電二極管發(fā)出信號，使計數器(圖2中13)開(kāi)始計數，隨著(zhù)油杯中燃油的消耗，指針移動(dòng)。當光束射到光電二極管(圖2中9)上時(shí)，光電二極管(圖2中9)發(fā)出信號，使計數器停止計數。

3 系統軟件設計

3.1 編程思想

發(fā)動(dòng)機試驗需要在開(kāi)始時(shí)通過(guò)怠速運轉進(jìn)行預熱;預熱完畢后冷卻水溫度達到額定值，當速度穩定在設定值時(shí)，開(kāi)始運行主程序，進(jìn)行數據顯示、處理和記錄，如圖3。當油耗量低于預設的min值時(shí)，報警指示燈顯示為綠色;當油耗量超過(guò)預設的max值時(shí)，報警指示顯示為紅色。

3.2 用戶(hù)界面和功能

這里利用簡(jiǎn)單、易用、圖形化控件的虛擬儀器軟件LabVIEW編寫(xiě)操作界面，如圖4所示。主操作界面分為控制和顯示2個(gè)區，實(shí)現對數據采集的控制和顯示。顯示部分包括轉速、扭矩、油耗等參量的顯示，還包括超過(guò)極限報警指示燈顯示;控制部分包括各測量?jì)x控制開(kāi)關(guān)、采集速率、參數值設置、極限值、初始值等的設置。

主程序軟件按功能分為轉速計、扭矩計、油耗儀等測試模塊，每個(gè)模塊可獨立使用，測試單個(gè)內容。當信號采集完成后，可以進(jìn)行數據顯示和保存。對于設計的油耗測試可通過(guò)LabVIEW的編譯功能，把程序編成.exe文件，并生成運行包，脫離LabVIEW運行。此時(shí)，用戶(hù)將看不見(jiàn)源代碼，有利于操作安全和程序保護。

4 系統特點(diǎn)

(1)系統基于原有的發(fā)動(dòng)機測控臺架和方便快捷的LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺，與傳統設計相比，具有研制周期短、開(kāi)發(fā)成本低、界面友好、易于搭建系統實(shí)驗平臺、易于功能擴展等優(yōu)點(diǎn)。

(2)以便攜式筆記本為主控單元、以NI USB9219多功能數據采集卡(即插即用)進(jìn)行測試，以L(fǎng)abVIEW為軟件開(kāi)發(fā)平臺研制的發(fā)動(dòng)機油耗測試系統，不僅有利于減少各種控制按鈕、旋扭及功能切換開(kāi)關(guān)，也大大提高了系統的可靠性和抗干擾能力，保證了各參數測試的精度和穩定性。

5 結語(yǔ)

基于LabVIEW的發(fā)動(dòng)機油耗測試系統，充分發(fā)揮了虛擬技術(shù)的優(yōu)勢，使系統具有人機界面友好、操作簡(jiǎn)便、功能完善、性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)，可實(shí)現數據的測量和顯示、數據的監控報警、數據的分析和自動(dòng)記錄、顯示各種曲線(xiàn)等功能，提高了發(fā)動(dòng)機臺架測試的自動(dòng)化水平，為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機狀態(tài)檢測提供依據，也為發(fā)動(dòng)機的研制生產(chǎn)提供了較為先進(jìn)的測試手段。