基于Lab Windows/CVI的汽车转鼓实验台测控系统的设计

1 引言

汽车转鼓实验台（又称底盘测功机）是一种大型室内汽车试验设备，是一种完成汽车整车试验的台架试验系统。传统的转鼓实验台测控系统由传感器、多路信号处理器、AD/DA转换器，工业控制测试主机和X-Y曲线绘图仪等设备组成。系统构成比较复杂，测控系统的程序一般由VC或其他高级编程语言构成，程序调试和参数的修改均比较繁琐。基于Lab Windows/CVI语言的虚拟仪器测控系统，以传感器，信号调理电路，数据采集卡构成数据采集系统。系统通过计算模拟行驶阻力，通过数据采集卡输出模拟直流电压信号，再通过信号处理和电路转换产生激磁电流，并通过同步交流电机对测试车辆进行加载。整个测控系统结构简单，程序的设计和调试工作量小，测试采集量和数据计算结果的显示通过工控机显示器完成，是一个理想的汽车转鼓实验台测控平台。本文将以转鼓实验台动力性测试的测控系统为研究对象，探讨虚拟仪器在该测控系统中的应用。

2 基于Lab Windows/CVI的汽车转鼓实验台测控系统

对于车辆动力性测试的测试系统而言, 汽车转鼓实验台的测控系统可分为3个模块：①数据采集模块，其功能是实时采集滚筒的转速及扭矩信号；②行驶阻力模拟程序以及转鼓实验台功能扩展程序，其功能为处理所采集的数据，计算模拟加载阻力值以及显示测试系统所需的输出量；③控制模块, 其功能是根据程序计算得到的模拟阻力值，通过输出信号处理和电路转换生成按标定确定的激磁电流，由交流电机对车辆进行加载。

基于虚拟仪器的转鼓实验台测控系统由传感器，数据采集卡，工控机和虚拟测控软件Lab Windows/CVI的程序构成, 其系统结构总图如图1所示。

图1　基于虚拟仪器的转鼓实验台测控系统结构图

3 基于虚拟仪器的数据采集系统硬件

虚拟仪器的硬件平台由PC计算机、中泰PCI-7333数据采集卡，配以相应的传感器组成。

3.1 传感器及调理电路

（1）传感器。传感器完成信号的获得, 它将被测参量转换成相应的可用输入信号。

（2）信号调理电路。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或标定模拟信号，使其符合数据采集卡量程范围。然后，经数据采集卡的A/D转换器对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。

3.2 数据采集卡及虚拟仪器硬件平台

本实验系统采用中泰PCI-7333数据采集卡。PCI-7333多功能数据采集卡适用于提供PCI总线插槽的PC系列微机，具有16路模拟输入通道和2路模拟输出通道和即插即用（PnP)等功能。它提供的动态链接库文件Usb7K7kC.dll，所封装的函数可以被其他应用程序在运行时直接调用。

扭矩传感器采集的模拟信号送入PCI-7333的模拟通道，经A/D转换后的数据结果通过先进先出存储器缓存后由USB总线读出；转速信号经转速采样整形后通过采集卡16位字长的计数/定时器接口输出。

4 转鼓实验台输出控制——模拟行驶阻力原理

阻力加载是转鼓实验台模拟道路行驶阻力的主要组成部分。转鼓实验台的控制模块, 就是根据程序计算得到的模拟阻力值，通过输出信号处理和电路转换生成激磁电流，由交流电机对车辆进行加载。

4.1 汽车路试行车阻力数学模型

4.2 汽车台试行车阻力数学模型

4.3 转鼓实验台加载阻力控制

5 基于Lab Windows/CVI的转鼓实验台测控系统软件设计

Lab Windows/CVI是美国NI公司开发的基于标准C语言的可视化、交互式的虚拟软件开发工具，具有标准Windows风格的操作界面，可在多种操作系统下运行，它不但有丰富的函数库，还集成了各种专业的测控工具，提供了优越的硬件接口功能，基于该环境可以充分利用各种资源配置系统结构，进而达到系统最优、成本最低的目的。