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论文47KW底盘测功机技术方案

中国嘉陵工业股份有限公司

47KW底盘测功机改造技术方案

编制

校对

审核

批准

重庆大学

2009年8月17日

47KW底盘测功机系统改造技术方案

1项目概述

中国嘉陵工业股份有限公司（集团）2001年从美国宝克公司购买的5566型47KW底盘测功机，目前由于现有设备存在一些故障，不能进行摩托车整车性能测试。

因此检测站提出系统升级改造，实现程序自动完成试验数据采样、记录、处理与分析，并对设备进行一次系统性维修保养，以及更换设备出现故障的相关零部件。

本次项目任务：

针对原设备上的故障按要求来进行相应的修理或报废，添置合适的计算机控制和采集系统，使该套设备能够满足摩托车整车性能测试的要求。

测控系统实时监控、显示各性能参数，同时将检测数据自动修正到标准状况下，并能以标准格式自动存盘及打印输出检测数据和性能拟合曲线。

1.1方案原则

本方案设计本着：

功能可靠、采集准确、技术先进、有较强扩展性的原则。

1.1.1测试精确性

改造后的检测设备测试数据符合[QC/T60-1993摩托车整车性能台架试验方法]。

1.1.2测试安全性

出现异常情况能自动报警与自动停机，保障设备安全运行。

安全等级分为二级：

采集信号超出正常值范围，软件输出报警信号，界面出现明显警告信息。

数据库自动记录报警时间、报警设备名称和报警事件，但系统仍继续工作。

采集信号值丢失或信号值进入危险范围，立即自动停机，发出报警信号，同时数据库记录报警时间、报警设备名称和报警事件。

所有报警事件内容和报警阀值均可设定。

1.1.3系统可靠性

选择的传感器、电器元件、控制系统和计算机都具有极高的可靠性。

网络布线方式应考虑可靠，稳定的原则。

系统可靠性指标：

本系统工作环境温度为：

0℃～60℃，储存温度-20℃～80℃；工作湿度：

20％～95％（无凝结），储存湿度0％～95％（无凝结）。

1.1.4操作灵活性、设计规范性和可扩展性

本方案从硬件设计、软件设计方面均充分考虑系统的可扩展性，可升级性，可替代性和兼容性。

具体实现在后文中表述。

系统总体设计、操作界面设计、设备布置先由我方提出框架方案，在与技术中心充分商讨后，在满足使用方在方便性、直观性、简单性方面的考虑的条件下，确定具体的方案。

设计、设备选型、图纸设计、软件设计、系统调试均遵循统一标准和行业规范，以便于系统的运行、维护、管理以及升级。

提供数据采集卡接口（包括硬件连接方式和软件通信协议），提供网络数据交换协议方式，访问接口，提供数据库数据表说明和详细数据字典。

2现状分析

对嘉陵集团技术中心检测站5566型47Kw底盘测功机测试系统进行了调查和研究后，对现有系统有了深入的了解。

现有台架试验系统的结构如图1所示。

由于性能测试计算机和主控计算机故障，已不能正常完成测试功能且影响到排放测试，需要尽快对原测试系统进行升级改造。

图147KW底盘测功机系统结构

3系统架构

了解现有系统的结构和分析原系统故障后，结合摩托车整车性能台架试验方法，初步设计改造后的整车台架性能测试系统网络拓扑图如图2：

图2系统网络拓扑图

测功机性能参数（包括扭矩、速度等信号）在模拟道路阻力加载中实时性要求较高，故通过采集卡直接采集到主控机。

扭矩、速度等参数通过扭矩传感器和编码器输出，这些传感器的输出信号有脉冲、电信号。

主控机同时还要输出隔离脉冲信号以及实现配置远程I/O等功能。

考虑到系统的扩展和升级，方案中采用一块多功能采集卡NIPCI6221来采集这些信号，PCI6221是NI公司推出的一块多功能卡，可以采集16路模拟量信号，24路数字量信号，同时还带有2路的模拟量输出和2路计数器/定时器输入通道。

同时可以预留一些模拟输入输出接口、数字输入输出接口供系统的扩展。

由于传感器信号不能与采集卡输入输出电气特性一致，而且抗干扰性不好，在传感器与采集卡之间加上了信号调理单元，起到电平匹配和隔离的作用。

NI6221的通道功能见下表所示。

模拟输入

模拟输出

数字I/O

计数器/定时器

NIPCI6221

16AI,250kS/s

16位

2AO,833kS/s

16位

24DI/DO,1MHz

80MHz

32位

由于测功机转速在试验中举足轻重的作用，在摩擦阻力的加载过程中，需精确而又快速的测量，我们采用的是脉冲输入的方式，由PCI6221的计数器通道来读取编码器的脉冲输出端，能很好的保证精度。

对于其他温度信号、压力信号等，将这些信号采集到性能测试计算机，并做相应的处理和显示。

这样的设计可以节省主控机的计算机资源，使测功机阻力加载的实时性、精度得到保证。

由于传感器信号不能与采集卡输入输出电气特性一致，而且抗干扰性不好，同样地在传感器与采集卡之间加上了信号调理单元，起到电平匹配和隔离的作用。

4具体技术细节

4.1上位机测控软件开发平台简介

LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。

LabVIEW采用图形化编程语言--G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。

特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用LabVIEW。

也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。

总之，由于LabVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。

与传统的编程语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省50％以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。

使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。

例如，用户可以将原有的带有RS232接口的仪器、VXI总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。

数据库作为测控系统的最重要的支撑，是系统必不可缺的组成部分。

在本系统中，本地数据库部分拟采用SQLServer2000。

4.2软件系统总体功能描述：

Ø一般性描述

●系统基于的操作系统为Windows系列产品，可根据实际情况选用。

●系统可防止非授权人员登录。

授权人员一旦登录，则对系统的操作可不强制要求作分级限制。

●操作系统及测控软件为中文显示。

●默认情况下，各试验测试项目的起动需试验人员干预，试验项目可根据实际情况自动结束。

测试结束后，系统应自动进行数据记录。

但系统可允许测试人员在测试未结束前中断当前测试，即使当前测试项目包括预备阶段并且当前正处在预备阶段。

●参与运算的值采用实测值，不论实测值与设定值相差多少，除非没有实测值与设定值对应。

●测试结果中如果因为试验条件不足或其它原因造成计算数据无效，该无效数据可用意义明确的中文字符进行标识，且程序逻辑上不允许明显异常的数据存在。

●授权人员能手工录入测试数据或对测试数据进行修改。

这些修改或录入仅限于直接测试量。

录入或修改后，系统应自动或在授权人员指令下重新计算所有间接测试量。

Ø试验人员手工录入的参数：

试验编号﹑样品编号、试验日期﹑试验地点、试验室温度、试验室大气压、试验室相对湿度、测功机型号、测功机检定有效期、转鼓直径﹑发动机转速表型号、车辆型号、车架编号、发动机型号、发动机编号、车辆基准质量、燃油牌号、燃油密度、传动比、车辆加载质量﹑前轮胎压﹑后轮胎压﹑驱动轮直径﹑其他试验仪器﹑备注等。

Ø系统自动采集的参数：

测功机转速、测功机扭矩、发动机转速、燃油流量、温度信号（机油、火花塞垫圈、冷却液温度等）、压力（进气压力、排气背压）及其它模拟量等。

Ø系统标定：

模拟量均支持零点和量程标定，以及线性化标定和检查，包括扩展接口上的自定义输入。

线性化标定的所需的点及其个数应能在零点到量程间由用户自行设定。

这些量的标定操作可在测试系统上完成，但实际最终标定结果作用于前端信号处理机。

标定数据能以授权用户设定的名称保存于数据库系统中，且在必要时选择下载至前端信号处理机使用。

Ø用户权限管理：

测试系统可对用户进行分级管理。

不同级别的用户具有不同的权限。

测试系统的用户至少可包括两级用户：

日常用户、系统管理人员。

●日常用户即控制室操作人员。

该级别用户权限描述如下：

✧为进行日常测试所必须的权利。

✧删除当次测试数据。

输入必须由手工输入的内容。

由系统采样得来并计算的结果日常用户无权修改。

✧进行日常测试所必须的参数设置功能。

但不包括对系统所基于的硬件系统（包括系统扩展）的设置。

✧为了满足日常各种类型测试所需硬件的不同，更高级别用户能将不同的硬件配置保存，以便日常用户选择调入，但无权修改其内容。

✧调入以前的测试数据，作为蓝本进行新的测试，但无权修改其原数据内容。

✧将当次测试数据存入数据库系统，或放弃本次测试数据的保存。

✧打印输出测试数据，不论是当次的，还是以前的。

。

●系统管理人员

✧拥有日常用户的所有权限。

系统管理人员所基于的操作系统用户是系统最高级别用户。

✧能对所有测试数据进行修改及手工输入。

✧系统管理人员拥有对系统的全面设定、修改、维护能力。

包括对系统硬件配置的修改，除非受所基于的操作系统的限制。

✧执行数据备份。

✧对于数据库中存放的数据，如果因数据库的权限管理使得系统管理人员无法达成前述要求，则测试系统允许同时以测试系统管理人员身份和适当的数据库用户身分登录。

Ø数据管理

●数据存储和访问：

✧系统基于用户权限向用户提供适当的数据访问权限。

✧通常情况下，系统所有配置信息（数据库配置信息除外及其它从逻辑上必须保存于本地的信息除外）、所有测试数据及其它本技术要求中要求进行保存的数据均可实时存放于数据库系统中。

✧测试系统能根据基本参数的一项或多项、各项目的测试数据中的一项或多项对测试数据进行检索。

✧系统允许同一整车的多份测试数据存在。

●数据输出

✧为了方便用户使用，自定义输出是基于Excel电子表格（模板）的。

✧自定义数据输出支持数据自动修约，各数据修约位数由用户指定。

修约应符合GB8170中第3章的规定。

✧用户在数据打印前应有机会对输出报表进行复核。

授权人员应能对其内容进行修改。

Ø系统备份

系统备份分为测试系统软件备份与数据备份两部分。

这两部分应是分离的。

4.3上位机测控软件功能简述

4.3.1测控软件设计方案

上位机监控软件主要由通讯模块、试验测试模块和数据处理模块辅以高级配置模块、权限管理模块构成。

其中通讯模块完成工控机和主控机之间的通讯。

如图3所示：

图3上位机测控软件功能框图

图4测控软件程序流程图

4.3.2测控软件功能说明

4.3.2.1操作界面与数据显示

Ø软件运行后实时显示出当前车速、测试时间、测试距离、发动机转速。

Ø整个性能测试过程中,软件中都要求有一窗口能连续显示当前车速和扭矩,显示不受操作者的操作影响。

Ø测试过程中显示和打印的数据记录格式如下表所示。

试验项目

试验内容

单位

测试中显示的数据

打印数据

里程表指示值校核

校核系数

三位小数

三位小数

车速表指示值校核

校核系数

三位小数

三位小数

爬坡性能

坡度

（°）

整数