開發(fā)用于重型履帶式汽車的雙測功機(jī)道路負(fù)載仿真器

“通過高效利用SCXI模塊，讓我們可以只使用一個(gè)DAQ板卡就建立起一個(gè)極具成本效益的高通道數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。”

挑戰(zhàn)：

對(duì)一個(gè)雙測功機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行更新，為重型履帶式車輛(如：推土機(jī)或如坦克等裝甲軍車)提供可重復(fù)、可靠的測試。

解決方案：

開發(fā)一個(gè)基于PC的采集和控制系統(tǒng)，使用由LabVIEW控制的SCXI和DAQ系統(tǒng)。

介紹

美國西南研究院(SWRI)的工程師正在著手安裝和升級(jí)一個(gè)20世紀(jì)80年代的老式大功率動(dòng)態(tài)車輛測試系統(tǒng)，可以復(fù)制履帶式車輛的道路負(fù)載情況，包括轉(zhuǎn)向阻力負(fù)載等。長久以來，履帶式車輛的檢測就有改進(jìn)的需求了，因?yàn)榇蠖鄶?shù)測試設(shè)備只能夠測試單個(gè)組件，如動(dòng)力部分的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱以及主減速器。而由于不同的天氣條件或駕駛員等因素，道路測試車輛會(huì)產(chǎn)生不可重復(fù)的結(jié)果。在可控的環(huán)境條件下測試整車的耐久性和性能已顯得越來越重要。

履帶式車輛的動(dòng)力特性與輪式車輛有著很大的區(qū)別。當(dāng)履帶式車輛與其它車輛有相同的道路工況下，它還需要經(jīng)歷“摩擦”載荷 ——車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，履帶所遇到的摩擦力。在轉(zhuǎn)彎時(shí)，當(dāng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)著推動(dòng)車輛前進(jìn)時(shí)，履帶會(huì)沿著地面滑動(dòng)。很多研究都建立了方程，能夠基于車輛幾何結(jié)構(gòu)和地面條件，預(yù)測克服“摩擦”載荷所需的力矩。

硬件

我們所升級(jí)的測試系統(tǒng)包括兩個(gè)1250馬力的直流測功機(jī)(dyno)。它模擬道路負(fù)載情況。對(duì)于測量被測車輛的速度和轉(zhuǎn)彎​​半徑，我們選擇了基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來升級(jí)此系統(tǒng)。我們配置了具有370個(gè)數(shù)據(jù)采集通道的系統(tǒng)來監(jiān)控測功機(jī)，同時(shí)監(jiān)測被測車輛并衡量其性能。感謝SCXI的多路復(fù)用技術(shù)，采集任務(wù)能夠在一塊多功能數(shù)據(jù)采集板卡上完成，這塊板卡安裝在工業(yè)PC上。

我們使用SCXI經(jīng)過一些相對(duì)簡單的設(shè)置后便實(shí)現(xiàn)了370個(gè)通道。SCXI附件的接線端子帶有連線接口，讓我們能夠進(jìn)行連線以及用手持設(shè)備檢修故障。雖然公司是不太可能使用所有通道，但他們?nèi)匀幌Ｍ軌驌碛泻芏噙x擇來配置不同的測試任務(wù)。

我們提供：

•48個(gè) K型熱電偶輸入

•48 個(gè)J型熱電偶輸入

•96個(gè)模擬輸入

•32個(gè)隔離的模擬輸入

•16個(gè)頻率輸入

•42個(gè)模擬輸出

•24個(gè) SPDT繼電器輸出

•32位數(shù)字輸入

•32位數(shù)字輸出

雖然一些通道用于固定的硬件測試任務(wù)(控制測功機(jī)及其附件)，但是用戶可以在設(shè)置界面上自定義配置大多數(shù)通道，包括重命名通道和提供縮放系數(shù)。輸入通道提供錯(cuò)誤檢查，上限 /下限報(bào)警和警報(bào)閾值，而輸出通道提供可設(shè)置的默認(rèn)值。當(dāng)輸入超過報(bào)警閾值時(shí)，所有的輸出恢復(fù)到指定的默認(rèn)值。

固定的模擬輸入通道傳感器包括左/右測功機(jī)的扭矩、左/右測功機(jī)扭矩以及變速箱的溫度。固定的數(shù)字輸入包括油壓限位開關(guān)、滅火器限位開關(guān)、油位開關(guān)、油溫限位開關(guān)、測功機(jī)空氣溫度限位開關(guān)，以及測功機(jī)氣流開關(guān)。

用戶可能會(huì)使用通用輸入通道監(jiān)測車輛的溫度、壓力、液位和速度等各種信號(hào)，以及環(huán)境條件，如濕度、氣壓和溫度。

軟件

SwRI選擇LabVIEW，是因?yàn)樗軌蛱峁?fù)雜的圖形用戶界面，能與NI硬件的簡單集成，以及其快速開發(fā)環(huán)境。擁有了LabVIEW，我們就不必依靠那些更復(fù)雜的基于文本的編程語言，便能夠高效地實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)的復(fù)雜要求。

我們利用LabVIEW控件大量的顯示屬性定制自己的圖形用戶界面。由于此應(yīng)用程序可能會(huì)設(shè)計(jì)大量通道，在同一屏幕上同時(shí)顯示所有通道是不可能的;此外，許多通道并不需要在屏幕上看到。通過前面板顯示控件的屬性節(jié)點(diǎn)，操作人員可以將自己需要監(jiān)視的通道顯示在屏幕上指定的位置。我們?cè)谠O(shè)置程序中以可滾動(dòng)的形式使用數(shù)組簇，操作人員可以定義通道的名稱和特性。我們使用全局變量來存儲(chǔ)所有的系統(tǒng)常量以及將數(shù)據(jù)從一個(gè)子程序傳遞到另一個(gè)。

該程序還包含了校準(zhǔn)程序，使得技術(shù)人員可以監(jiān)控和調(diào)整每個(gè)通道的信號(hào)，然后將校準(zhǔn)參數(shù)存儲(chǔ)在文件里。我們使用緩存采集，以100Hz的速度讀取所有已定義的輸入通道所采集的數(shù)值。主程序循環(huán)以10Hz的速度運(yùn)行，并進(jìn)行10點(diǎn)的平均運(yùn)算，以幫助消除任何噪聲信號(hào)。該程序每兩秒鐘將數(shù)據(jù)保存到文件中一次。此外，它將最近400個(gè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)(10Hz速率)保存在循環(huán)緩沖區(qū)中。在報(bào)警時(shí)，這個(gè)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)可以幫助診斷什么地方出了錯(cuò)。

總結(jié)

這個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)展順利。通過高效利用SCXI模塊，使得只需一個(gè)DAQ板卡，就可以建成一個(gè)極具成本效益的高通道數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。LabVIEW和這些NI硬件產(chǎn)品，提供了方便的軟件開發(fā)和系統(tǒng)集成。我們的客戶期待著使用該系統(tǒng)來測試新的原型測試車。