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1、车辆工程毕业论文专 业:车辆工程题 目:虚拟仪器技术在汽车发动机台架试验中的应用目 次1 绪论11.1 引言11.2 课题研究的背景和意义11.3 虚拟仪器在汽车测试中的研究应用现状11.4 本文的主要研究内容32 汽车发动机台架试验概述42.1 汽车发动机试验台架的组成和工作原理42.3 试验台架的特点52.3 发动机负荷特性试验63 虚拟仪器技术概述83.1 虚拟仪器系统的组成和特点83.2 虚拟仪器系统的总线接口技术103.3 虚拟仪器软件开发平台LabVIEW114 试验系统硬件设计134.1 台架部分硬件结构设计134.2 虚拟仪器系统总线形式选择174.3 传感器和数据采集卡的选择
2、185 试验系统的软件设计245.1 软件总体设计方案245.2 前面板设计255.3 控制按钮功能的实现方案285.4 程序初始化和图表清空功能的实现315.5 仿真运行功能模块325.6 结果保存功能的实现345.7 程序的仿真运行35结 论40致 谢41参考文献42摘要虚拟仪器凭借着其在组成和改变仪器功能和技术性能方面具有的灵活性与经济性，正被广泛应用于汽车测试系统中，如汽车道路试验，汽车发动机、传动系、尾气、经济性及ABS系统等各项汽车试验。远程测控是虚拟仪器的重要发展方向，随着时间的发展，虚拟仪器将会取代越来越多的传统仪器应用于汽车测试领域。通过基于虚拟仪器的发动机台架试验系统的研究
3、和设计，可以更清楚得掌握发动机台架的理论，同时可以深入得学习虚拟仪器技术，从中努力探究，开发出更为完善的汽车测试系统。关键词 虚拟仪器 发动机台架 LabVIEW 设计 1 绪论1.1 引言虚拟仪器在组成和改变仪器功能和技术性能方面具有的灵活性与经济性，使其特别适应当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高更新的测量课题和测量需求。有测量才有鉴别，虚拟仪器将在科学技术的各个领域得以广泛应用。虚拟仪器正被广泛应用于汽车测试系统中，如汽车道路试验，汽车发动机、传动系、尾气、经济性及ABS系统等各项汽车试验1。远程测控是虚拟仪器的重要发展方向随着时间的发展，虚拟仪器将会取代越来越多的传统仪器
4、应用于汽车测试领域。1.2 课题研究的背景和意义汽车测试是汽车制造、开发、维护过程中必不可少的重要内容，它为几乎所有的汽车部件的设计制造和修复工作提供直接依据。汽车测试的类型多种多样，形式也各不相同。在使用传统方法进行汽车的各项试验中，在对汽车或台架操作的的同时，需要同时对温度表、气压表、烟度计、空气流量计等多种仪表进行读取和记录，记录表格复杂，容易出现操作和记录误差，后期的数据处理和绘制图表过程复杂。因此，我们需要一种准确、高效的方法，代替手工操作来进行数据读取、记录、运算的工作。虚拟仪器为我们提供了可能2。利用虚拟仪器技术，开发基于虚拟仪器的汽车测试系统，可以有效得利用虚拟仪器可视化、自动
5、化、智能化的优点，简化试验步骤，快速记录实验数据，自动分析结果并形成可视化图表。使整个试验过程更加快速、准确和便捷。1.3 虚拟仪器在汽车测试中的研究应用现状1.3.1 道路试验应用（1） 平顺性试验。在基于虚拟仪器的汽车平顺性试验系统3（孙协胜，李树珉，温茂禄，赵新顺）一文中，选用SG1410座垫型三向加速度传感器和LC-1100非接触式光电速度传感器；在数据采集卡的选择过程中，选用NI公司的DAQCard-6024E数据采集卡。软件设计了各功能子模块，具体包括:数据采集子模块、数据存储子模块、数据回放子模块、报表生成子模块、打印子模块等。试验结果为，通过试验数据与限值比较可知:该车符合标准
6、要求。最终得出结论：基于LabVIEW开发汽车平顺性试验系统，基本实现了了传统测试仪器的功能，与传统测试仪器相比较，提高了开放性，增强了功能性，性价比也更高。（2） 燃油经济性测试。美国的Tsvetozar Georgiev博士在A Virtual Instrument for AutomobilesFuel Comsumption Investigation4一文中提出，使用Labview软件作为开发平台。这套虚拟仪器根据运动时间将汽车的燃油消耗数据化和可视化，并可以很容易的作为一个模块用于更加复杂的汽车测试系统中。1.3.2 台架试验应用（1） 传动系冲击性能检测系统台架。基于虚拟仪器的汽
7、车传动系冲击性能检测系统5（陈延伟，高智，王跃光）一文中，选用研华工控机为系统的上位机，并选用用性能较好的64位RISC高性能RAID处理器。系统拥有一条全长PCI插槽可以用于数据采集卡的安装。数据采集控制卡选用研华PCI21714。该检测系统具有良好的操作界面，简单易用，检测精度较高，系统运行稳定、可靠。（2） 混合动力汽车试验台架。基于虚拟仪器的混合动力汽车试验台架研究6（钱向明，徐澍敏）试验台架硬件部分主要由测功机、工控机、CAN卡、数据采集卡、超级电容、踏板行程传感器、油耗仪组成。软件部分用N I公司图形编程语言软件LabVIEW7.1为设计平台开发的虚拟仪器，主要包括数据采集、数字信
8、号处理以及帧解析几大模块。试验表明，该试验台架能够实时检测出混合动力汽车工作性能状态，可以作为混合动力汽车关键技术检测的一种手段。1.3.3 故障诊断应用齿轮箱故障诊断仪。基于虚拟仪器技术的汽车齿轮箱故障诊断仪7（陈刚，秦树人，鞠萍华）将传统的齿轮箱故障诊断技术与现代虚拟仪器技术相结合，测试其箱体振动信号，并用时域分析、频谱分析和解调谱分析等信号处理方法，实现了对齿形误差、齿轮均匀磨损、箱体共振、断齿等故障的诊断。1.3.4汽车电子系统开发应用（1）汽车防撞报警系统。基于LabVIEW的汽车防撞报警系统的设计8（张大彪，于化龙）针对交通安全问题，设计了一种基于虚拟仪器的汽车防碰撞报警系统。给出
9、了系统硬件、软件的设计方法和主要实验数据。该系统采用LabVIEW7.0编程，配合FMCW雷达传感器和高性能数据采集卡，实现对前方车辆距离、速度的动态监测，当预见到有碰撞危险是，自动发出警示信息。实验结果证明了系统的有效性。（2）汽车ABS试验系统9。对ABS的控制策略进行了研究和分析。重点设计和开发了ABS研究试验系统，该试验系统由动力传动部分、故障诊断模块和数据采集模块组成。数据采集软件系统用N I公司的Labview编写。软件系统由数据采集模块与分析模块、制动距离测量模块和故障诊断模块组成。1.4 本文的主要研究内容（1） 根据发动机台架试验，结合虚拟仪器技术，选择系统的硬件组成，设计台
10、架试验的构建方案。（2） 使用LabVIEW完成试验系统前面板制作，确定输入输出端口和显示项目。（3） 完成程序编制，实现测试、数据处理和图形化输出功能。（4） 完成模拟信号产生模块，使程序可以仿真运行。（5） 完善数据图形保存打印等功能。（6） 运行和调试程序，完成仿真实验。2 汽车发动机台架试验概述2.1汽车发动机试验台架的组成和工作原理发动机台架试验，是总成台架试验中最重要的一种试验。它将发动机安装在专门的发动机试验台上，让发动机带动测功机运转。通过改变测功机的负荷，测定发动机在各种工况下的性能和可靠性。发动机试验台一般设在发动机试验室内，备有测功机(水力或电力)、燃油供应系统、进气系统
11、、供水冷却系统、排气系统、隔音设施、测量仪器仪表系统及控制室。图2.1 发动机台架简图发动机：待测发动机，固定在台架底板上测功仪：与发动机主轴通过万向节连接，形成发动机的负荷并能测量发动机的功率转速表：连接在测公仪的输出端，侧量发动机输出转速油耗仪：串联在发动机的燃油供给系统管路中，可以准确地测量出随着时间燃油的消耗量空气流量计：在发动机的进气系统中测量发动机的空气吸入量冷却水系统：为发动机提供冷却水的闭环循环系统排气系统：将燃烧产生的废气直接导出试验室，并进行适当的废气处理通过发动机台架试验，可以测定发动机的动力性能(如全负荷时的转速特性一外特性，部分负荷转速特性)、经济性能(单位燃油消耗量
12、)、机械摩擦损耗、启动性能、可靠性等等。为了测定发动机的可靠性耐久性，通常需要对发动机进行几百小时的多次循环试验和上百小时的强化试验。2.3 试验台架的特点发动机台架试验是汽车发动机测试中的重要内容，通过发动机台架试验，可以测定发动机的动力性能(如全负荷时的转速特性一外特性，部分负荷转速特性)、经济性能(单位燃油消耗量)、机械摩擦损耗、启动性能、可靠性等等。但是发动机试验台架需要设在专门的发动机试验室内，并配备测功机(水力或电力)、燃油供应系统、进气系统、供水冷却系统（包含冷却水塔）、排气系统、隔音设施、测量仪器仪表系统及控制室。结构复杂，各种管线繁多，且试验时由于关键因素较多，不容易保证多次
13、试验条件的一致性。传统的内燃机台架实验功能单一，测试效率低，实验过程缺乏统一的数据处理系统。不同厂家生产的设备有不同的数据记录格式，无论是软件还是硬件都不兼容，因此不能共享软硬件资源。产品开发周期长，设备升级能力及扩展性差，重复劳动较多，造成了较大的资源浪费。在使用传统方法进行发动机台架的各项试验中，在操作测功仪和油门行程机构的同时，需要对温度表、气压表、烟度计、空气流量计等多个仪表进行读取和记录，记录表格复杂，出现操作和记录误差的几率高，后期的数据处理和绘制图表过程复杂。因此，我们需要一种准确、高效的方法，代替手工操作来进行数据读取、记录、运算的工作。虚拟仪器为我们提供了可能。2.3 发动机
14、负荷特性试验2.3.1 发动机负荷特性的含义在了解负荷特性前，首先要知道有效比燃油消耗量是什么。衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量（升）计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数，这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标，工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标，简称油耗率，用be表示，它指每小时单位有效功率消耗的燃油量，单位是g/kwh。发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性，它是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。
15、2.3.2 发动机负荷特性的特点和测试方法发动机分为汽油机和柴油机两大类。汽油机是依靠节气门调节负荷的，因此汽油机负荷特性又称节流特性；柴油机是靠改变喷油量来调节负荷的，通过喷油量变化改变混合气成份，因此柴油机负荷特性又称燃油调整特性。由于发动机转速是经常变化的，需要测定发动机不同转速下的负荷特性，才能全面评价不同转速和不同负荷下发动机的燃油经济性。发动机负荷特性的读取在试验台架上进行。以汽油机为例，启动发动机后逐渐开启节气门，直至最大，同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行，测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量。然后再关小节气门，调整载荷使发动机保持转速不变再测定。如此依次进行下去，直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度，得到不同负荷和转速下的燃油消耗量。不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的趋势是差不多，只是具体数值的不同。普通汽油机负荷特性曲线的特征，开始启动时be最大（此时需要浓混合气），但随节气门逐渐开启负荷增大而be减少直至最低点，此时节气门接近全开。继续开大节气门，b
