Labview发动机性能测试系统开发与测试

目录第一章绪论 (2)1.1 课题研究的意义 (2)1.2 国内外的研究现状 (2)1.3 本课题的研究任务 (3)第二章虚拟仪器技术 (4)2.1 虚拟仪器概念 (4)2.1.1 虚拟仪器的定义 (4)2.1.2 虚拟仪器的特点 (5)2.2 虚拟仪器的结构 (5)2.2.1 硬件部分 (5)2.2.2 软件部分 (7)2.3 虚拟仪器的开发品台——labview (7)2.3.1labview 的概述 (7)2.3.2 labview 的优点 (9)2.3.3 labview 的应用 (10)2.4 虚拟仪器的发展 (10)2.5 本章小结 (11)3.1 测试系统的功能及设计要求 (12)3.1.2 测试系统的整体设计要求 (12)3.2 系统的整体设计方案 (12)3.3.3 软件平台的选择 (13)第四章软件模块的设计与编写 (13)4.1 检测系统的总体框架设计 (13)4.2 登陆界面程序的编写与设计 (13)4.3 主演示界面程序的设计与编写 (14)4.4 怠速性能测试程序模块的设计与编写 (15)4.5 负荷/ 万有特性测试程序模块的设计与编写 (17)第五章总结与展望 (18)5.1 总结 (18)5.2 课题展望 (19)第一章绪论1.1 课题研究的意义随着时代的进步，汽车已然成为人们日常生活中不可或缺的代步工具，随着具名生活水平的不断提高，我国汽车的保有量越来越大。

在此同时，人们对汽车性能的要求也是越来越高了，人们追求的不但是汽车的使用功能，而是更多的关注于汽车的安全性，舒适性，环保性等因此节能减排，环保以及提高汽车舒适性等一系列问题都硬气了人们的高度关注。

汽车的核心——发动机都直接或间接的影响着汽车的一些主要的基本技术技能。

因而对发动机性能的检测成为了当今汽车行业评估汽车性能的重要手段，同时也是最科学的依据。

在检测过程中，我们要对运行中的发动机进行详细的检测、分析，从而得出发动机的综合性能指标。

所以我们他需要开发出一种检测系统，能够准确的测出发动机的性能。

传统的发动机测试系统存在着许多的不足之处，功能相对比较的单一，效率也不怎么的高，要求硬件设备多，价格的昂贵，与一些软件有冲突，不能兼容，不能良好的共享软件硬件资源，还有就是设备的可扩展性和可升级性相对的比较差。

从这就可以看出，传统的设备部能从系统的角度开展综合测试，使得实验数据没法得到良好的利用。

自20 世纪90 年代来，随着计算机技术的发展，虚拟仪器技术也是得到了飞速的发展。

虚拟仪器技术的发展及labview 软件推广使得测试系统的开发更为的快捷方便。

而且结合一些硬件设备开出的系统都比较完整，集成度高，扩展性强，开发的周期相对短且维护方便。

1.2 国内外的研究现状这些年来，随着计算机技术，传感器技术，自动化控制技术以及电子技术的告诉反战，汽车发动机的测试技术水平也在不断的提高。

早起的检测技术主要采用手动检车和自动检测相结合的方法，但缺点众多：自动化程度偏低，测量精度低，实时性差。

于是逐渐的被微机化的测试系统所代替，所谓的微机化测试系统就是以微机或单片机作为测试系统的控制单元，从而使系统具有了多数据存储，运算，逻辑判断以及自动化操作等功能，具有一定的智能。

同时虚拟仪器技术也越来越多的被人们应用于发动机测试系统中，使得测试系统的简化度大大提高，系统的可维护性也有了较大的改善。

目前国内各个高级院校及汽车公司对于虚拟仪器技术和虚拟仪器产品等方面都做了大量的研究，其成果也在汽车发动测试方面得到了较为普遍的应用。

但国内许多新开发的测试系统大都属于微机化系统，同时结合电子技术、自动控制技术、传感器技术，是新型设备逐渐的趋于多功能、小型化、数字化、智能化。

比如说北京理工大学研究开发的汽车发动机电子燃油棚舍系统太假测试仪，主要用于单点电控喷油的研究，对于发动机的油料进行光谱分析；先交通大学则是对发动机燃烧过程的优化控制新判-离子电流实施研究；清华大学用虚拟仪器技术构建了一套用来检测汽车发动机性能的出厂检测系统，检测发动机的综合性能。

他们各自从不同的角度对发动机的测试技术做了不同方面的研究。

随着汽车和计算机技术的不断发展，更为全面、更为有效的虚拟发动机分析仪器测试系统将会在汽车发动机测试领域有的较为广阔的应用前景。

在国外的发达国家中，已经普遍的出现了由高新技术该机和完善的汽车发动机测试设备，并逐渐向小型化、智能化、数字化、多功能化和综合化等方面发展。

这些测试系统一般都有精度高、操作简单、实时性好等其他的特点。

但是这种系统还是存在缺点的：它的通用性比较差、整合度不高、软件开发周期长，随着虚拟仪器技术的广泛应用，这些缺点正逐渐的被克服。

例如美国大熊公司的BEAR-200 BEAR-400型全电脑发动机检测诊断系统，德国的西门子公司开发的CSAT系统，奥地利AVL公式研制开发的PUMA-ISAC系统，德国博世公司退出的FSA6000型发动机综合检测仪等都显示出了当代先进的科学技术。

虽然当前我们国家在发动机测试技术和设备上取得了较大的进展，但是在系统的可靠性、简洁性、技术含量等方面还有较大的改进空间。

而国外的这一系列相关的产品品质虽然很高服务也很好，但是在价格方面通常比国内同系列的产品要高得多。

1.3 本课题的研究任务在充分调查和熟悉开发软件以及相关理论知识的前提下，结合传感技术、动态数据采集技术、信号处理技术为一体，采用硬件与软件相结合的方式，分别开发一套汽车发动机性能测试系统，在这个平台上建立良好的图形界面，建立数据收集，信号控制，数据分析模块，实现试验台自动控制以及数据自动分析和存储。

1. 熟悉labview 软件，建立一些模拟信号资源。

2. 了解目前国内外发动机性能测试系统的主要技术参数，建立测试系统的结构框架。

3. 熟悉labview 软件中虚拟数据采集控件的使用方法与特点，建立以系统相匹配的采集通道。

4. 采用labview 图形化语言开发测试系统的软件平台，能够实现数据显示、处理、分析等功能。

5. 完成一些典型信号的处理与分析。

6. 测试系统的调试与完善。

在系统整合之后，有针对性的进行系能测试，找出其不足之处进行完善。

本课题研究是以计算机为核心的，利用虚拟仪器软件开发平台和labview 编程环境进行编程，实现功能，人机界面的生成。

该测试系统的重点在于软件部分，要能够熟练掌握labview 图形化的编程语言，并能使用该语言设计出有效的，简洁的，人机界面直观的，操作方便的数据采集处理的显示平台。

第二章虚拟仪器技术2.1 虚拟仪器概念2.1.1 虚拟仪器的定义一般的测量仪器都是有数据采集、数据分析和数据显示这三个部分组成的。

在传统的测试仪器中，这三个部分都完全由硬件来实现的。

而在微处理器引入之后出现的智能仪器，则可以通过软件来实现智能化，但是仍然需要硬件的支持。

在这种状况下一单仪器被定型之后，其功能也随之而确定了。

由此就可能造成两种情况：意识仪器中含有一部分使用者不需要的功能，早成了资源的浪费；二是单一的一台仪器的功能有限，如果要完成复杂的测试任务，就会需要多台不同的仪器同时进行工作，从另外一方面也造成了资源的浪费。

对于上述的情况，提出的虚拟仪器的概念。

所谓的虚拟仪（Virtual Instruments 简称VI ）就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量等一些其他的应用。

其灵活的软件创建完全自定义的用户界面、模块化的硬件可以方便地为用户提供更为有效的测试需求。

这个也是NI 近几十年来能够始终引领测试、测量行业发展趋势的原因所在。

因而只有同时拥有高效的软件、模块化I/O 硬件以及用于集成的软硬件平台这三个组成部分，才能有效发挥虚拟仪器技术的优势：性能高、开发周期短、扩展性强以及集成度高。

虚拟仪器的实质就是利用计算机显示功能模拟传统仪器的控制界面，同时以多种形式来表达输出检测的结果，运用计算机强大的软件功能实现对信号数据的运算、分析与处理，再利用一些接口设备完成对信号的测量、采集与分析，来完成测试需求的一套计算机仪器系统。

2.1.2 虚拟仪器的特点虚拟仪器作为一种新型的测试方法，它具有许多其他测试仪器所不具备的特点，具体如下：（1）虚拟仪器系统中，硬件设施大部分都是通用的，对于不同的系统主要差别在于它的软件部分；（2）它的数据处理能力十分的强大，原因在于其充分利用了计算机强的计算处理功能。

（3）用户可以根据自己的实际需求来定义、设计来避免仪器中出现不需要的功能，实现资源的有效利用。

2.2 虚拟仪器的结构虚拟仪器系统主要有两大部分组成：硬件设施和应用软件。

本系统的硬件主要是操作平台。

实现发动机性能参数中信号的处理分析。

由于本系统在信号采集方面利用的虚拟信号，所以一些必要的传感器，数据采集卡等硬件设施没有采用。

一般的虚拟仪器测试系统中，它的传感器、信号调理设备和数据采集卡有硬件实现的，数据分析和数据显示由软件来完成。

这样，在时间测量过程中，只需要使用少量的硬件进行数据采集，而剩余的工作则由软件来完成。

而且这样的测试系统中的硬件设施大多都是通用设备，只要改变应用软件就可以得到新的测量仪器。

此外，用户还可以根据自己的需要来确定系统的功能，这就大大的提高了设备的利用率，降低的成本。

2.2.1 硬件部分本系统的硬件设备主要包括测试发动机、信号采集装置、计算机测控以及显示系统。

该发动机的虚拟测试系统所用的信号传感器、数据采集卡以及虚拟软件均可由用户自己来根据实际的需求来自由地组合。

计算机管理着虚拟仪器的硬件资源，是虚拟仪器的硬件基础。

计算机在显示、数据存储、网络通讯、总线标准等方便作为虚拟仪器的发展提供了很大的便利。

1. 传感器传感器位于该测试系统的最前端，是与发动机直接接触的，其性能对于整个测试系统的影响是最大的，所以在选用时应注意选用高精度、高灵敏度的传感器而且，由于测试的参数不同具体用的传感器也不同，如：转矩转速的检测——转速转矩传感器，温度检测——热电阻传感器。

2. 信号调理设备由于测试所用的传感器不同，其输出的信号类型、性质也不尽相同，在实际运作过程中还存在着一些干扰信号，如果不加任何处理来改善，直接接到数据采集卡中会造成信号的失真，严重的情况还是对数据采集卡造成损害。

因此在传感器信号输入采集卡之前，应根据采集卡的特性对各种传感器的输出信号进行必要的先行处理，让信号电压在采集卡的输入范围内同时滤除信号中的一些干扰波，尽量保证系统所采集到的是无失真的信号。

3. 数据采集卡在信号经由信号调理之后，在传输到计算机上进行分析处理，在此之间需要数据采集卡作为桥梁。

所谓数据采集卡是指从传感器和其他待测设备等模拟与数字被测单元中自动采集费电量或电信号，送到上位机中进行分析、处理。