使用​NI C​系列​I/​O​模​块​对​轿车​底盘​系统​性能​参数​的​快速​采集

刘 杨​铭,

"前期​工程​师​主要​通过​个人​经验​对​车辆​性能​进行​估计,​无法​得到​精确​车辆​性能​数据。​随着​传​感​测试​技术、​计算​机​信息​处理​技术​等​相关​学科​的​进一步​发展,​工程​师​可以​根据​不同​需要​在​车​上​布置​不同​的​传感器​和​测试​设备,​精确​得到​车辆​性能​数据,​进而​对​性能​值​进行​分析,​以​帮助​工程​师​对​汽车​性能​进行​准确​的​改进,​使得​汽车​性能​开发​由​粗放​的​主观​估计​到​精确​的​客观​测试​方向​逐步​发展。"

- 刘 杨​铭,

挑战:

随着​市场​竞争​的​激烈​和​对​造​车​理念​的​深入​理解,​汽车​公司​仅仅​造出​满足​市场​基本​需求​的​轿车​已​无法​适应​更高​层次​的​竞争​和​其​自身​高​品牌​的​建立。​为了​持续​提高​车辆​品质,​对​车辆​的​开发​已​由​满足​基本​需求​转变为​对​性能​的​追求,​进而​提升​汽车​品牌​价值,​这​其中​对​汽车​底盘​性能​的​开发​尤​为​重要。​采用​NI C​系列​I/​O 模​块,​可以​根据​汽车​工程​师​需要,​对​轿车​底盘​性能​如​转向​力、​车速、​油液​压力、​油液​温度​等​进行​快速​且​同步​的​采集,​为​轿车​底盘​性能​的​开发​进而​对​提升​汽车​品牌​价值​提供​有效​帮助。

解决​方案:

基于​NI 丰富​的​C​系列​I/​O​模​块,​外接​适用​于​轿车​特殊​环境​要求​的​传感器,​利用​NI Labview​编写​一套​轿车​底盘​性能​参数​采集​系统,​同时​结合​NI Labview​提供​的​大量​经典​数据​处理​VI​如​滤波、​求​导​等​对​数据​进行​实​时​分析,​并​将​采集​与​分析​得到​的​数据​以​一定​格式​存储​于​电脑​中,​为​轿车​底盘​性能​开发​提供​数据​支持。

作者:

刘 杨​铭 -
​周 胜​斌 -

 

一. 引言

随着​市场​竞争​的​激烈​和​对​造​车​理念​的​深入​理解,​汽车​公司​仅仅​造出​满足​市场​基本​需求​的​轿车​已​无法​适应​更高​层次​的​竞争​和​其​自身​高​品牌​的​建立。​为了​持续​提高​车辆​品质,​对​车辆​的​开发​已​由​满足​基本​需求​转变为​对​性能​的​追求​以​提升​品牌​价值,​这​其中​对​轿车​底盘​性能​的​开发​提升​尤​为​重要。

 

前期​工程​师​主要​通过​个人​经验​对​车辆​性能​进行​估计,​无法​得到​精确​车辆​性能​数据。​随着​传​感​测试​技术、​计算​机​信息​处理​技术​等​相关​学科​的​进一步​发展,​工程​师​可以​根据​不同​需要​在​车​上​布置​不同​的​传感器​和​测试​设备,​精确​得到​车辆​性能​数据,​进而​对​性能​值​进行​分析,​以​帮助​工程​师​对​汽车​性能​进行​准确​的​改进,​使得​汽车​性能​开发​由​粗放​的​主观​估计​到​精确​的​客观​测试​方向​逐步​发展。

 

二. 测试​系统​的​设计​背景​与​设计​原则

目前,​市场​上​针对​轿车​底盘​的​测试​设备​已​较​多,​但​因​轿车​底盘​形式​的​多样​性​以及​试验​目的​的​的​多样​性,​目前​市场​上​已有​的​测试​设备​还​不能​完全​满足​工程​师​的​要求。​例如,​汽车​转向​性能​是​汽车​底盘​性能​中的​一项​重要​性能,​但​目前​市场​上​还​没有​成熟​的​专门​针对​轿车​上​的​液压​助力​转向​系统​各​项​性能​进行​采集​的​产品。​为了​得到​性能​数据,​汽车​工程​师​需要​自己​搭建​底盘​测试​系统。

 

由于​汽车​底盘​系统​测试​的​特殊性,​汽车​工程​师​需要​一种​能​快速​改变​通道​数​和​同时​读​取​多种​物理​参数​的​测试​系统,​这​主要​表现​在:​汽车​底盘​系统​性能​物理​参数​种类​较​多,​例如​有​温度、​压力、​应力、​速度、​加速度、​位移、​角速度​等;​工程​师​需要​采集​的​参数​数量​也​差别​较大,​例如​为了​采集​底盘​零​部件​应力​需要​布置​30​个​以上​的​通道,​而​采集​转向​力​仅​需​2​个​试验​通道。​为了​支持​上述​不同​的​测试​目的,​通常​需要​开发​针对​性的​测试​软件,​但​汽车​工程​师​通常​不是​专业​的​软件​工程​师,​无法​编制​复杂​的​数据​采集​软件,​因此​测试​系统​需要​有​一种​相对​简单​容易​入门​的​采集​软件。

 

三. 测试​系统​的​总体​设计

根据​不同​的​目的,​底盘​系统​需要​测试​的​性能​参数​数量​较​多,​本文​主要​以​转向​力​测试​为​例​说明​测试​系统​的​总体​设计​和​详细​设计。

测试​系统​主要​包括​以下​两​部分:

 

1)​硬件​部分,​包括

①​传感器​子​模​块:​通过​传感器​将​各​性能​物理​值​转换​为​电信​号;

②​数据​采集​模​块:​实现​对​传感器​输入​的​模拟​信号​进行​滤波、​调理​及​模拟​信号​转​为​数字​信号;

2)​软件​部分:​实现​读​取​硬件​部分​输出​的​数字​信号​并​根据​需要​对​信号​进行​滤波、​分析,​同时​按照​一定​格式​将​信号​存储​于​计算​机​硬盘​中。

其​功能​示意​图​如​图​1​所​示:

 

 

 

四. 测试​系统​的​详细​设计​说明

1. 硬件​部分

在​轿车​上,​使用​光学​车速​传感器​采集​车速​信号,​在​方向​盘​处​布置​力矩​方向​盘​采集​转向​力矩​和​转​角​信号。​根据​需要​工程​师​还​可以​增加​或​减少​传感器,​例如​为了​考察​转向​油液​压力​和​温度​对​转向​力​的​影响,​额外​增加​压力​传感器​和​温度​传感器。​针对​不同​类型​的​传感器,​选用​合适​的​采集​设备​和​方案,​主要​包括​以下​C​系列​采集​模​块:

 

NI-9203​为​8​通道​模拟​电流​采集​模​块,​压力​传感器​输出​信号​为​4-20mA​电流,​对于​这类​输出​为​标准​电流​信号​的​传感器​接​入​NI-9203。

NI-9201​为​8​通道​模拟​电压​采集​模​块,​光学​车速​传感器、​测​力​方向​盘​输出​信号​为​0-10V​电压,​对于​这类​输出​为​电压​信号​的​传感器​接​入​NI-9201。

NI-9217​为​4​通道​RTD​专用​采集​模​块,​热电阻​接​入​NI-9217。

 

2.​软件​部分

使用​Labview​中的​DAQ​助手​以及​While​循环​等​子​VI​编制​采集​软件,​在​终端​硬件​的​支持​下​主要​实现​信号​数据​的​采集、​分析​和​存储​功能。​工程​师​可以​修改​采样​率、​滤波​截止​频率​等,​软件​提示​工程​师​对​数据​保存​路径​进行​确认。​软件​主要​实现​功能​如下:

1)​底盘​性能​物理​参数​与​电信​号​的​转换:

测试​系统​从​传感器​处​读​取得​到​的是​经过​转换​的​电信​号,​为了​读​取​本​测试​系统​中的​压力、​转​矩、​车速​等​物理​量,​需要​利用​标定​证书​提供​的​曲线​或​参数​完成​传感器​读​数​向​物理​量的​转换。

 

2)​数据​处理

某些​轿车​底盘​性能​特征​参数​需要​对​采集​得到​的​数据​处理​后​才能​间接​得到,​例如​对​采集​得到​的​方向​盘​转​角​信号​进行​求​导,​得到​工程​师​需要​的​方向​盘​转​角速度​信号。

 

在​物理​学​中,​对​一个​物体​移动​的​位移​进行​求​导,​得到​该​物体​的​速度。​用​该​方法,​对​方向​盘​的​转​角​位移​进行​求​导,​得到​方向​盘​的​转​速度。​数学​中​使用​公式​①​对​函数​进行​求​导:

  …………………………………​公式①

 

3)​数字​滤波

在​轿车​发动​机​舱​中​布置​的​传感器​受到​发动​机​的​高温、​振动​等​影响​较大,​会​产生​很多​干扰​噪声。​为了​更​准确​读​取​轿车​底盘​性能​特征​参数,​需要​对​信号​进行​过滤,​这种​过滤​一般​可以​采用​低​通​滤波​的​方式,​实现​的​时候​可以​采用​幅​值域​分析​的​方式​确定​截止​频率。

 

4) 数据​存储

将​采集​以及​分析​后​得到​的​数据​按照​时间​标签​存入​数据​文件。​工程​师​点​击“开始​采集”后​弹出​存储​路径​选择,​需要​工程​师​输入​存储​路径​及​文件​名,​或​软件​自动​以​某​个​固定​的​文件​名​覆盖​存储​于​提前​设定​的​某​个​存储​区内。

如​图​2​所​示​为​软件​界面。

 

 

 

某次​测试​结果​如​图​3:

 

从​该​图​中​可以​看出,​驾驶​员​快速​转动​方向​盘,​峰值​速度​可以​达到​1500deg/​s,​此时​方向​盘​力矩​可以​达到​27.5N.m,​远大​于​正常​的​转向​力​4N.m,​这​说明​车辆​转向​系统​有​问题,​需要​改进。

从​图​3​中​我们​可以​看出,​在​快速​转向​工​况​中​转向​油液​的​流量​在​降低,​高压​管​压力​也​同样​在​降低,​说明​车辆​的​转向​助力​明显​正在​减弱,​据此​可以​初步​推测​出​是​液压​助力​降低​导致​的​车辆​转向​力​明显​变大​的​问题,​工程​师​据此​改进​了​转向​助力,​最终​车辆​快速​转向​转向​力​变大​的​问题​得到​了​解决。

 

五. 结论

使用​NI CompactDAQ​系统​和​数量​众多​的​C​系列​模​块,​可以​很好​的​满足​轿车​底盘​系统​的​性能​测试​要求。​事实证明,​NI CompactDAQ​系统​设计​非常​灵活,​通过​增减​C​系列​采集​模​块,​能​满足​对​电流、​电压、​应变​等​多种​输入​信号​的​采集​要求,​快速​增加​或​减少​采集​通道,​满足​日益​复杂​的​轿车​底盘​性能​开发​需要。 Labview​软件​强大​的​数据​采集​和​信号​处理​功能​以及​容易​入门​的​图形​化​开发​环境,​保证​汽车​工程​师​可以​轻松​完成​高​质量​地​数据​采集、​信号​处理​和​数据​存储​的​工作。​NI CompactDAQ​系统​和​LabVIEW​开发​环境​无缝​连接​使​汽车​工程​师​能​轻松​的​快速​建立​多样​化​的​数据​采集​应用,​满足​了​轿车​底盘​悬​架​和​转向​系统​性能​测试​的​目的,​为​轿车​底盘​性能​开发​提供​了​灵活、​强大​的​数据​支持。

 

作者​信息:

刘 杨铭

图​1 ​转向​测试​系统​功能​示意​图
图​2 ​软件​界面
图​3 ​某​此​快速​转向​过程​中的​测试​曲线