LabVIEW在汽车ABS制动管道动态特性测试中的应用

作者：龙涛 郁凯元 冯月贵

欢迎访问e展厅 展厅 6 电子测量仪器展厅 万用表, 示波器, 电子测试仪器, 信号发生器, 信号分析仪, ... 摘 要：介绍了LabVIEW的背景、结构和特点，并简要地介绍了其在汽车ABS制动管道动态特性测试中的应用。 关键词：LabVIEW；虚拟仪器；ABS 1 引言 LabVIEW是实验室虚拟仪器工程工作平台(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的缩写，是美国国家仪器公司(National Instruments)在1986年推出的一种革命性的图形编程语言-G语言(Graphical Programming Language)，开创了虚拟仪控的新纪元[1]。 LabVIEW的目标是简化程序的开发工作，让工程师和科学家能够充分利用PC机快速简洁的完成自己的工作。自1986年LabVIEW诞生至今，经过十多年的发展，LabVIEW的功能日渐丰富和强大，可以广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实时监控、实验室系统仿真等各个领域。在美国几乎所有院校、研究机构都在使用LabVIEW，近年来LabVIEW被引入中国，国内越来越多的研究单位在运用LabVIEW进行虚拟仪器的开发[3]。使用者可以以一般的电脑搭配经济的硬件设备来建立自己的仪器控制系统。这些以软件为核心的系统充分利用了电脑超强的运算、呈现及连接能力，可以组成功能强且弹性大的仪控设备。使用者可以将资料采集，数据分析，仪器控制硬件以及现有的仪器设备予以整合集成，来建立完全符合自己特殊需求的虚拟仪控系统。传统的仪器设备往往受限于制造商所付予的功能，虚拟仪表则可以当作许多仪器设备来使用，例如，温度监控器，伏特计，趋势图记录器，示波器和频谱分析仪等[1]。 LabVIEW所提出的“虚拟仪表”(VI)的概念。使那些基于软件上建立起来的仪表能够自由地组合起来，其操作面板与真实的仪表无异。一方面增加了硬件的灵活性；另一方面程序的编制是用块图来完成，而且是直接汇编为执行码，而无需其它语言或驱动系统的参与。与其它“语言”相比，LabVIEW更为灵活和省时，它有着专用的各种函数库及数据处理与控制的开发工具。 LabVIEW使用了一种称为图形化编程语言，即G语言(Graphical Programming Language)的数据流编程模式， 一种所见即所得的编程方式，它有别于基于文本语言的线性结构，不象C和Qbasic等语言受众多的语法规则所限制，简单直观，极大节省程序开发时间[2]。在LabVIEW中执行程序的顺序是由块之间的数据流决定的，而不是传统文本语言的按命令行次序连续执行的方式[2]。 LabVIEW中包含了丰富的函数及子程序库，如数据信号处理、概率统计、线性代数以及滤波、加窗等子程序，还包括了GPIB、VXI、PLC及串行仪器控制子程序。通过它所提供的各种函数、子程序，可以实现硬件系统的软化，设计符合用户要求的测试控制系统。 LabVIEW还提供了较简单、方便、直观的程序调试环境，使用者可以较方便地找到错误所在的位置以及原因，还可以使用探针查看任意位置的结果。此外，该平台还提供了观察程序执行流程的调试方法，用户可以清楚地看到数据的流动层次以及中间结果。LabVIEW提供了大量的数据采集子程序，这些子程序从简单到高级，可以提供给用户使用。 简言之，LabVIEW功能强大、灵活方便。它与传统编程语言又有着诸多相似之处，如，相似的数据类型、数据流控制机构、程序调试工具等，但二者最大的区别在于：传统编程语言是用文本语言编程，而LabVIEW用图形语言(即，各种图标、图形符号、连线等)编程。用LabVIEW编程无需太多编程经验，界面非常直观形象，都是工程师们熟悉的旋钮、开关、图形等，因此LabVIEW对于没有丰富编程经验的工程师们来说无疑是个极好的选择。再者，LabVIEW也提供传统程序语言(如C语言)的接口，对于其自身不易或不擅长完成的任务，可通过利用其它编程语言来实现，从而最终增强了LabVIEW的整体功能。 2 LabVIEW的应用 我们应用LabVIEW对汽车制动管道进行动态测试。主要让LabVIEW完成控制信号的产生，即产生阶跃等控制信号；实现A/D数据采集；文件存储、曲线打印等数据处理等功能。 汽车ABS制动管道动态测试主要是对汽车制动管道的四个测压点的压力的动态过程进行测试。测压点为：阀出口(硬管进口)、长硬管出口(软管进口)、软管出口(盘式制动器进口)、鼓式制动器进口。再增加控制电压Ui和输出电流Ii两个测试点。针对以上任务设计如图1所示的系统。 数据采集及控制的过程是：先使用LabVIEW来控制数据采集卡Axiom5412-HG产生一个阶跃控制信号，即让数据采集卡对本研究室研制的常开型电液比例压力控制阀的电磁铁线圈输出一个控制电压，经过放大器转化成电流以控制电磁铁线圈的开合，进而控制比例阀的开口太小，以达到控制阀的出口压力的目的。然后将制动管道上的各压力传感器上的电压信号从数据采集卡的模拟输入通道读入计算机。并且将当时得到的数据用LabVIEW绘制成曲线显示出来，使用LabVIEW软件的文件I/O功能将数据保存到硬盘上，以便今后对汽车制动管道的动态性能分析。 从图1可以看出数据采集系统一般由以下几个部分组成：计算机、LabVIEW软件、数据采集卡、传感器、动态应变仪、硬件接口和连接电缆。其中计算机为LabVIEW软件运行提供特定环境，在虚拟仪器LabVIEW软件的支持下成为过程通信、数据采集与分析的处理中心；信号由传感器拾取，经动态应变仪，由数据采集卡在软件的控制下被采样，再经A/D转换被计算机加以保存或处理。从信号在系统的流向可以看出，数据采集系统中LabVIEW软件占主导地位。软件支持使计算机具有信号采集控制、处理及结果输出的能力。系统的核心功能是由其完成的，而硬件则为整个系统的正常运行提供了物质基础。 其中：数据B--阀出口压力；数据C--长硬管出口压力；数据D--软管出口压力；数据E--制动器进口压力。 3 实验结果 这里主要是研究制动管道前后制动压力对电磁力FMEM的动态响应，对电磁力的上升沿触发研究，其中系统压力PVV1为15MPa。动态试验数据采集的信号是控制比例放大器输入电压的开关信号和减压阀的输出压力信号。 该实验测试的是鼓式制动系统，其细长制动管道由制动硬管和制动软管组成，内径均为3.2mm，外径为4.8mm。制动管长是指硬管与软管的总长。被试管软管长113mm，壁厚=0.8mm。制动管道长PL=3.54mm，制动压力从15MPa到0MPa的阶跃响应。 图2为实验所得曲线。从图中的压力曲线可知，电磁力上升沿触发时，压力下降。制动管道出口端压力滞后于制动器进口端，其中压力滞后时间约为5ms，两软管之间的压力滞后时间约为1ms，制动容腔压力过渡到稳态时调整时间约为45ms。由此可见软管对整个系统的动态性能影响不大。 4 结束语 由此可见，LabVIEW软件充分运用了计算机的软硬件的功能，以软件技术为核心，使计算机成为信号采集控制、处理及结果输出的处理中心，用计算机化的软仪器取代了传统的电子仪器。LabVIEW软件作为一个具有良好开放性的虚拟仪器开发平台，为面向仪器编程提供了强有力的支持。 参考文献 1 LabVIEW Version 5.1 Addemdum. National Instruments Corporation Manual, 1999 2 LabVIEW Function and VI Reference Manual[M]National Instruments Corporation, 1998 3 林正盛. 虚拟仪器技术及其应用[J]. 电子技术应用. 1997，23(3)：24 4 沈兰荪. 数据采集技术. 合肥：中国科学技术大学出版社，1990 5 马明建，周长城. 数据采集与处理技术. 西安：西安交通大学出版社，1998 作者单位：东南大学机械工程系(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/13/2005)