基于Labview的汽車平順性道路試驗(yàn)系統(tǒng)模擬分析_圖文

1、目錄摘要. III 1 緒論. (11.1 課題的研究背景 (11.2 國內(nèi)外汽車平順性試驗(yàn)技術(shù)研究現(xiàn)狀 (11.2.1 國外汽車平順性試驗(yàn)技術(shù)研究現(xiàn)狀 (11.2.2 我國汽車平順性試驗(yàn)技術(shù)研究現(xiàn)狀 (11.3 課題的研究目的及意義 (21.3.1 課題的研究目的 (21.3.2 課題的研究意義 (21.4 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 (22 汽車平順性評(píng)價(jià)方法及試驗(yàn)的介紹 (32.1 人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng) . 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.2 平順性的評(píng)價(jià)方法 (32.2.1 基本評(píng)價(jià)方法 (32.2.2 輔助評(píng)價(jià)方法 (62.3 試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu). 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.4 試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理. 錯(cuò)誤!未定義書

2、簽。2.5 試驗(yàn)系統(tǒng)功能 . 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.5.1 汽車加速度的測(cè)試 . 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.5.2 汽車加速度評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算. 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.5.3 汽車平順性的評(píng)價(jià) . 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.5.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存. 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.6 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和所需測(cè)量的參數(shù). 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.6.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則. 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.6.2 測(cè)量的參數(shù). 錯(cuò)誤!未定義書簽。3 試驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì). 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.1 加速度傳感器 . 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2 數(shù)據(jù)采集卡. 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.3 計(jì)算機(jī) . 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.4 汽車平順性試

3、驗(yàn)理論接線圖. 錯(cuò)誤!未定義書簽。4 試驗(yàn)系統(tǒng)軟件開發(fā) (74.1 虛擬儀器相關(guān)概述 (74.1.1 虛擬儀器的定義 (74.1.2 虛擬儀器的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) (74.2 Labview簡(jiǎn)介 (74.3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (104.3.1 軟件模塊劃分 (104.3.2 軟件的總體框圖 (104.3.3 系統(tǒng)總體流程圖 (114.4 試驗(yàn)系統(tǒng)總程序的設(shè)計(jì) (124.5標(biāo)定模塊的設(shè)計(jì) (144.5.1 標(biāo)定的前面板設(shè)計(jì) (144.5.2 標(biāo)定的程序設(shè)計(jì) (154.6 平順性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì) (184.6.1 試驗(yàn)系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì) (184.6.2 平順性的評(píng)價(jià)系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì) (194.6.3

4、試驗(yàn)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) (194.6.4 平順性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) (224.6.5 數(shù)據(jù)保存的程序設(shè)計(jì) (245 試驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析 (265.1 系統(tǒng)調(diào)試過程和步驟 (265.2 部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 (265.2.1 X軸加速度為g時(shí) (265.2.2 Y軸加速度為g時(shí) (285.2.3 Z軸加速度為g時(shí) (295.2.4 汽車行駛在相對(duì)平緩的路面 (315.2.5汽車行駛在較差的路面 (325.3 實(shí)驗(yàn)總結(jié) (346 總結(jié)與展望 (356.1 總結(jié) (356.2 展望 (35致謝語 (36參考文獻(xiàn) (37基于Labview的汽車平順性道路試驗(yàn)系統(tǒng)模擬分析陳沛鋒三明學(xué)院2012級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造

5、及其自動(dòng)化專業(yè)福建三明365004摘要:本文利用虛擬儀器技術(shù),通過LabVIEW平臺(tái)開發(fā)一套汽車平順性試驗(yàn)系統(tǒng),再利用模擬車速及路面不平度輸入進(jìn)行模擬試驗(yàn)。通過模擬加速度傳感器信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)采集卡,再用導(dǎo)線連接把輸出的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡采集到電腦里,根據(jù)汽車平順性評(píng)價(jià)方法,對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理,最終得到汽車平順性評(píng)價(jià)參數(shù)。結(jié)合平順性試驗(yàn)系統(tǒng)的邏輯要求利用LabVIEW編寫相應(yīng)的試驗(yàn)程序,再根據(jù)汽車平順性的試驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,該套試驗(yàn)系統(tǒng)能很好的完成汽車平順性試驗(yàn),并且精度滿足國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。關(guān)鍵詞:LabVIEW;汽車平順性;試驗(yàn)系統(tǒng);加速度2014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自

6、動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)1 緒論隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明進(jìn)步,汽車成為大多數(shù)人生活中必不可少的代步工具,不管從提高工作效率還是降低事故發(fā)生率的要求出發(fā),汽車的乘坐及工作環(huán)境必須具有一定的舒適性。汽車平順性直接影響乘坐舒適性,舒適性只要由乘員主觀感覺來評(píng)價(jià)1。1.1 課題的研究背景我國汽車業(yè)發(fā)展迅速,對(duì)汽車的平順性試驗(yàn)和試驗(yàn)所需的相關(guān)設(shè)備提出了新的要求。我國在1996年頒布了平順性試驗(yàn)法規(guī)GB/T4970996汽車平順性隨機(jī)輸人行駛試驗(yàn)方法2,該法規(guī)和世界法規(guī)ISO 26311:1997(E的一些規(guī)定有相似。但我國汽車平順性試驗(yàn)技術(shù)相對(duì)國外來說較落后,面對(duì)車種繁多,人們對(duì)現(xiàn)代汽車的平順性要求越來越高

7、的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的檢測(cè)手段對(duì)汽車平順性能的檢測(cè)以慢慢難以滿足要求,而且傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)費(fèi)用昂貴,操作也不方便。由于汽車試驗(yàn)設(shè)備都很昂貴,要進(jìn)行汽車平順性試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā),先通過模擬試驗(yàn)來進(jìn)行試驗(yàn),是試驗(yàn)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化,這樣不僅節(jié)省了成本,對(duì)試驗(yàn)的教學(xué)也起到推動(dòng)作用。1.2 國內(nèi)外汽車平順性試驗(yàn)技術(shù)研究現(xiàn)狀對(duì)汽車行駛平順性的研究所涉及的范圍很廣,而對(duì)其試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法的研究是對(duì)汽車平順性試驗(yàn)的研究的關(guān)鍵,其中包括汽車行駛平順性評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)兩個(gè)方面內(nèi)容的研究34。換言之,對(duì)汽車平順性試驗(yàn)方法的研究問題就是對(duì)其評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)研究的問題。由于對(duì)汽車行駛平順性的評(píng)價(jià)涉及到人的主觀感覺,而人的主觀感覺又是一

8、個(gè)主觀因素,所以評(píng)價(jià)起來就非常復(fù)雜56。1.2.1 國外汽車平順性試驗(yàn)技術(shù)研究現(xiàn)狀早在1931年,Reiher和Meiste兩位科學(xué)家通過十名自愿者在振動(dòng)臺(tái)上的振動(dòng)試驗(yàn),來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛平順性評(píng)價(jià)方法的初步研究47。后來,Dieckman和Janeway等也做了很多的試驗(yàn),此中相對(duì)有影響力的是Dieckman的K系數(shù)法和Janeway準(zhǔn)則5。1968年,Pradko等人通過試驗(yàn)得出以下結(jié)論:在0-60Hz內(nèi),當(dāng)輸入力為0-320N時(shí),身體變形為0-10.16mm,此時(shí),可近似將人體視為一線性系統(tǒng),并由此提出了吸收功率法錯(cuò)誤!未定義書簽。10。1974年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了IS02631國際標(biāo)準(zhǔn)

9、311,并于1978年修訂后重新發(fā)表,該標(biāo)準(zhǔn)推薦的兩種評(píng)價(jià)方法-1/3倍頻帶分別評(píng)價(jià)方法、總加權(quán)值評(píng)價(jià)方法及其評(píng)價(jià)指標(biāo),適用于1 -80Hz頻率范圍內(nèi)對(duì)人體承受的全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)312。1997年,經(jīng)過幾次修改和補(bǔ)充,ISO公布了對(duì)于評(píng)價(jià)長時(shí)間作用的隨機(jī)振動(dòng)和多輸入點(diǎn)多軸向振動(dòng)環(huán)境對(duì)人體的影響時(shí),能更好地和主觀感覺一致3的IS02631-1:1997(E 人體承受全身振動(dòng)評(píng)價(jià)第一部分:一般要求6。1.2.2 我國汽車平順性試驗(yàn)技術(shù)研究現(xiàn)狀目前我國國內(nèi)國家級(jí)的試驗(yàn)場(chǎng)地有四個(gè):海南汽車試驗(yàn)場(chǎng)、襄樊汽車試驗(yàn)場(chǎng)、定遠(yuǎn)汽車試驗(yàn)場(chǎng)、北京通州汽車試驗(yàn)場(chǎng)。在這些試驗(yàn)場(chǎng)中,幾乎所有的汽車試驗(yàn)場(chǎng)都能按GB/T497

10、0-1996汽車平順性隨機(jī)輸人行駛試驗(yàn)方法和GB/T5902-86汽車平順性脈輸入行駛試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件進(jìn)行試驗(yàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。由于人體對(duì)振動(dòng)的反映的評(píng)價(jià)和衡量是非常困難和復(fù)雜的問題,盡管目前公認(rèn)的IS02631評(píng)價(jià)法己經(jīng)得到不斷的補(bǔ)充和擴(kuò)展,我國普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善,但是還不是理想的評(píng)價(jià)指標(biāo)和界限,確實(shí)需待進(jìn)一步的完善34。1.3 課題的研究目的及意義1.3.1 課題的研究目的汽車行駛平順性試驗(yàn)是當(dāng)代新車研制或現(xiàn)有車輛改裝過程當(dāng)中的一個(gè)極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)3。因此,本文旨在利用虛擬儀器技術(shù),通過LabVIEW平臺(tái)開發(fā)一套汽車平順性道路試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能模擬汽車行駛過程中相應(yīng)位置上的各軸

11、向的加速度信號(hào)進(jìn)行采集,并根據(jù)平順性評(píng)價(jià)方法計(jì)算得到相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo),以達(dá)到評(píng)價(jià)汽車行駛平順性的目的4。1.3.2 課題的研究意義對(duì)汽車的平順性試驗(yàn)顯得尤為重要。因此本次我選擇汽車平順性試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題,采用當(dāng)代較為先進(jìn)的試驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)思想,將虛擬儀器和LabVIEW軟件引入到汽車平順性試驗(yàn)系統(tǒng)中來,減少汽車平順性試驗(yàn)時(shí)所需的儀器,簡(jiǎn)化平順性試驗(yàn)系統(tǒng),使得汽車平順性試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠16,對(duì)提高汽車平順性試驗(yàn)?zāi)芰τ兄匾囊饬x1。1.4 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本文是基于LabVIEW的汽車平順性道路試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā),使用虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW編寫相應(yīng)的試驗(yàn)程序,再根據(jù)汽車平順性的試驗(yàn)方法

12、進(jìn)行模擬試驗(yàn),并計(jì)算出相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文的主要內(nèi)容可分為:(1根據(jù)編程需要,通過閱讀相關(guān)書籍和觀看視頻,學(xué)習(xí)圖形化編程軟件Labview的相關(guān)理論知識(shí),熟練掌握LabVIEW的編程方法;(2學(xué)習(xí)汽車平順性的相關(guān)理論知識(shí),掌握汽車平順性評(píng)價(jià)方法及試驗(yàn)方法;(3利用虛擬儀器技術(shù),通過圖形化虛擬編程軟件LabVIEW進(jìn)行編程,對(duì)所模擬的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理16。根據(jù)汽車?yán)碚撝R(shí),編程計(jì)算出加權(quán)加速度均方根值和加權(quán)振級(jí),并且通過與理論相比較,以評(píng)價(jià)出汽車行駛平順性的好壞;(4對(duì)模擬試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過Labview平臺(tái)開發(fā)的平順性試驗(yàn)系統(tǒng),可以得到所需的平順性評(píng)價(jià)指標(biāo),并且可以通過電子表格的形式

13、保存數(shù)據(jù),方便試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)汽車行駛平順性的好壞進(jìn)行綜合分析。2 汽車平順性評(píng)價(jià)方法及試驗(yàn)的介紹汽車平順性的好壞主要體現(xiàn)在人體對(duì)振動(dòng)的敏感程度,所以在研究汽車平順性之前,我們應(yīng)該先通過人體對(duì)振動(dòng)的敏感程度進(jìn)行討論,然后才好確定汽車平順性的評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算方法以及系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。 2.1 平順性的評(píng)價(jià)方法 2.1.1 基本評(píng)價(jià)方法ISO2631-1:1997(E 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)振動(dòng)波形峰值系數(shù)<9(峰值系數(shù)是加權(quán)加速度時(shí)間歷程(t a w 的峰值與加權(quán)加速度均方根值w a 的比值時(shí)錯(cuò)誤!未定義書簽。,用基本評(píng)價(jià)方法加權(quán)加速度均方根值來評(píng)價(jià)振動(dòng)對(duì)人體舒適和健康的影響627。本次設(shè)計(jì)的測(cè)試

14、系統(tǒng)就是建立在基本評(píng)價(jià)方法上。(1用基本的評(píng)價(jià)方法來評(píng)價(jià)平順性時(shí),先計(jì)算各軸向加權(quán)加速度均方根值。具體有兩種計(jì)算方法41對(duì)記錄的加速度時(shí)間歷程(t a ,通過相應(yīng)的頻率加權(quán)函數(shù)(f w 的濾波網(wǎng)絡(luò)得到加權(quán)加速度時(shí)間歷程(t a w ,按下式計(jì)算加權(quán)加速度均方根值錯(cuò)誤!未定義書簽。2102(1=T t w w d t a T a(2-1式中T 為振動(dòng)分析時(shí)間,一般取120s 。由于通過相應(yīng)的頻率加權(quán)函數(shù)(f w 的濾波網(wǎng)絡(luò)得到加權(quán)加速度時(shí)間歷程(t a w 較困難,本次測(cè)試系統(tǒng)在計(jì)算加權(quán)加速均方根值時(shí),沒有采用該種方法2。2對(duì)記錄的加速度時(shí)間歷程(t a 進(jìn)行頻譜分析得到功率譜密度函數(shù)(f G

15、a ,按下式計(jì)算加權(quán)加速度錯(cuò)誤!未定義書簽。21805.02(=df f G f W a a w (2-2頻率加權(quán)函數(shù)(f w (漸近線可用以下公式表示,式中頻率f 單位為Hz 。<<<<<<<<=805.12(5.125.124(142(425.0(5.0(f f f f f f f w k<<<<=802(225.0(1(f f f f w d<<<<=808(885.0(1(f ff f w c<<<<=801(115.0(1(f ff f w e(2當(dāng)同時(shí)考慮椅面s

16、x 、s y 、s z 這三個(gè)軸向振動(dòng)時(shí),三個(gè)軸向的總加權(quán)加速度均方根值按下面公式計(jì)算2(212224.1(4.1zw yw xw v aa a a +=(2-3(3有些“人體振動(dòng)測(cè)量?jī)x”采用加權(quán)振級(jí)aw L 進(jìn)行評(píng)價(jià),它與加權(quán)加速度均方根值w a 換算,按下面公式換算2錯(cuò)誤!未定義書簽。lg(200a a L w aw =(2-4式中的0a 為參考加速度均方根值,26010-=s m a表2-2給出了加權(quán)振級(jí)aw L 和加權(quán)加速度均方根值w a 與人的主觀感覺之間的關(guān)系錯(cuò)誤!未定義書簽。表2-2aw L 和w a 與人的主觀感覺之間的關(guān)系 當(dāng)?shù)玫郊訖?quán)加速度w a 時(shí),可以根據(jù)公式2-4求取a

17、w L 的值,所以在本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),采用總的加權(quán)加速度v a 來評(píng)論,在上表2-2中,在人體舒適程度中有一定的重合,主要是考慮人對(duì)汽車振動(dòng)舒適性的感覺會(huì)有所不同,由于考慮評(píng)價(jià)系統(tǒng)的實(shí)際的方便,本次設(shè)計(jì)對(duì)該表進(jìn)行了一定得改變,取用下限,修改后的加權(quán)振級(jí)和加權(quán)加速度均方根值與人的主觀感覺之間的關(guān)系見下表2-3所示錯(cuò)誤!未定義書簽。表2-3 修改后的aw L 和w a 與人的主觀感覺之間的關(guān)系 (4功率譜的計(jì)算原理功率譜密度函數(shù)(f G a 是通過對(duì)記錄的加速度時(shí)間歷程(t a 進(jìn)行頻譜分析而得到的,但在對(duì)加速度時(shí)間歷程(t a 進(jìn)行頻譜分析求功率譜密度函數(shù)(f G a 時(shí),我們需要利用傅里葉變

18、換這一工具。由于加速的的時(shí)間歷程函數(shù)(t a 不滿足式(<-dt t x (絕對(duì)可積(2-5所以無法利用原加速度時(shí)間歷程函數(shù)直接進(jìn)行傅里葉變換,但當(dāng)時(shí)間t 時(shí),加速度時(shí)間歷程的相關(guān)函數(shù)(0=a R ,滿足上式2-5 ,因此我們可以從(a R 來研究原時(shí)間歷程函數(shù)的頻率結(jié)構(gòu)。自相關(guān)函數(shù)(a R 的傅里葉變換的計(jì)算如下:(+=Ta dt t a t a TR 01lim(2-6由于(a R 是偶函數(shù),所以上式可化為:(-+=TTa dt t a t a TR 21lim(2-7所以(a R 的傅里葉變換為:(d e R R F jf a a -=(2-8將2-7式代入到2-8式通過化簡(jiǎn)可得到

19、:(221limf F TR F T a a =(2-9上式中,(a F 表示(t a 在T -到T 的時(shí)間范圍內(nèi)的傅里葉變換,在T -到T 范圍內(nèi)(t a 可積,因而a F 存在。(-=df e f F TR jf T a a 221lim21 (2-10所以 (21lim2f G f F a T a T = (2-11令 (df e f G R jf a a -=21(2-12于是由巴塞伐(parseval 公式:(-=df f F dt t f 2221(2-13用(t a 代替(t f 上式可寫為:(-=df f F dt t a 2221(2-14由于上式中(dt t a 2-是無限

20、的,不能積分。因此我們引進(jìn)截尾函數(shù):(>=T t T t t a t a T 0(2-15顯然(t x T 滿足式2-5。令截尾函數(shù)自相關(guān)為(T R ,傅里葉變換為(f T F ,由2-13可得:(-=df f F dt t a T T 2221(2-16上式等號(hào)左右各除以T 2,并令T 可得:(df f F Tdt t a T T T TT 2221lim 2121lim -= (2-17當(dāng)T 時(shí),(t a t a T ,(f F F f T ,所以可得:(df f F T dt t a Ta T T T 2221lim 2121lim -=(2-18一般情況下,(-T T T dt

21、t a T 221lim是存在的,有限的因而若將(t a 看成振動(dòng)的振幅,則(t a2則表示能量,(-T TT dt t a T 221lim 則表示(t a 在(+-, 上的平均功率。因而由式2-18可知,(221lim (f F Tf G T a T a =代表單T 位頻帶上所具有的平均功率,即平均功率密度。(f G a 又是f的函數(shù),我們稱它為自功率譜密度函數(shù),簡(jiǎn)稱自譜密度、自譜密度、或自譜。一個(gè)平穩(wěn)歷程是由n 個(gè)樣本函數(shù)構(gòu)成的,這時(shí)計(jì)算自譜密度應(yīng)算出每個(gè)樣本函數(shù)的自譜密度,然后求其均值,即(221limf F E Tf G T a T a = (2-19如果是各態(tài)歷經(jīng)過程,則取過程的一

22、個(gè)樣本函數(shù),將其分成幾段,分別算出每段的自譜,然后算出其均值,其自譜密度為:(221f F E T f G T a na =(2-20其中n T 為每一段時(shí)間長度。在本次試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用LabVIEW 編程時(shí),有求取功率譜的控件,只需輸入采樣的時(shí)間間隔dt 即采樣頻率f 的倒數(shù),和采樣加速度樣本(t a 就可以自動(dòng)按著該原理求得功率譜(f G a 和相應(yīng)的頻率間隔。 2.1.2 輔助評(píng)價(jià)方法當(dāng)峰值系數(shù)>9時(shí),ISO 26311:1997(E 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用4次方和根值的方法來評(píng)價(jià),它能更好地估計(jì)偶爾遇到過大的脈沖引起的高峰值系數(shù)振動(dòng)對(duì)人體的影響,此時(shí)采用輔助評(píng)價(jià)方法振動(dòng)劑量值為錯(cuò)誤!未定

23、義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。:(75.14104/-=ms dt t a VDV Tw(2-213 試驗(yàn)系統(tǒng)軟件開發(fā)軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。在虛擬儀器系統(tǒng)中,當(dāng)系統(tǒng)的硬件確定后,可以通過軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)各種不同的儀器功能,以達(dá)到不同的測(cè)試目的。本次設(shè)計(jì)的主要目的是要設(shè)計(jì)一套汽車平順性試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),在汽車平順性試驗(yàn)中主要就是對(duì)汽車行使加速度的采集和處理計(jì)算,該系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)采集卡采集汽車行駛時(shí)傳感器產(chǎn)生的加速度信號(hào),利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、計(jì)算、分析、顯示,并且通過與理論值進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)汽車平順性的評(píng)價(jià)。對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)課題的主要內(nèi)容。3.1 虛擬儀器相關(guān)概述3.1.1 虛擬儀器的定義在當(dāng)代社

24、會(huì)中,計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展并廣泛普及。與這個(gè)趨勢(shì)相對(duì)應(yīng),在測(cè)量?jī)x器的領(lǐng)域里,由于采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行測(cè)試、測(cè)量,因而出現(xiàn)了一種新的測(cè)試儀器虛擬儀器。虛擬儀器技術(shù)從根本上改變了測(cè)量?jī)x器的概念,代表著測(cè)量?jī)x器發(fā)展的最新方向29。所謂虛擬儀器技術(shù)是為了完成使用高性能的模塊化硬件與軟件的有效和靈活的組合并進(jìn)行試驗(yàn)、測(cè)量、自動(dòng)化的應(yīng)用30。確切的說虛擬儀器由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器控制面板組成31。3.1.2 虛擬儀器的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)儀器相比,虛擬儀器有如下特點(diǎn):(1軟件是虛擬儀器的核心。確定后的虛擬儀器硬件,其主要功能是通過軟件來實(shí)現(xiàn),該軟件在虛擬儀器中占重要地位32。(2虛擬儀器的性價(jià)比

25、高;(3虛擬儀器的出現(xiàn),縮小了儀器廠商與用戶之間的距離32;(4虛擬儀器具有良好的人機(jī)界面;(5基于PC的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù),虛擬儀器系統(tǒng)提供方便靈活的互聯(lián)功能對(duì)各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都廣泛支持;(6虛擬儀器可靠性高。由于虛擬儀器硬件平臺(tái)是一個(gè)在穩(wěn)定,可靠,準(zhǔn)確,標(biāo)準(zhǔn)化等方面已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)母叨鹊腜C機(jī)或工控機(jī);(7基于PC的開放式標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu),虛擬儀器硬件和軟件都具有可開發(fā),模塊化,可重用和可更換的功能;(8虛擬儀器維護(hù)、維修方便33。3.2 Labview簡(jiǎn)介LabVIEW軟件編寫的程序是由圖標(biāo)/連接器、前面板、后面板(程序框圖三部分構(gòu)成的,圖標(biāo)/連接器主要用于程序識(shí)別;前面板用于程序控制;后面板也就是

26、程序框圖是程序的組成模塊。具體描述如下:圖標(biāo)/連接器:LabVIEW編寫的程序成為一個(gè)VI,各個(gè)VI之間是可以相互套用的,被套用的VI被稱作子VI,而圖標(biāo)/連接器的作用在于區(qū)分各個(gè)之VI,方便功能區(qū)分和套用操作;如圖4.1所示。 圖3.1 圖標(biāo)/連接器前面板:是操作者直接操作的界面,在虛擬儀器中視為儀器的控制面板,在這個(gè)面板上有可以進(jìn)行操作的部分,這部分稱作輸入控件,還有另一部控件是不可以通過操作改變程序內(nèi)容的,這類控件被稱作顯示控件。是操作者直接操作的界面,在虛擬儀器中視為儀器的控制面板,在這個(gè)面板上有可以進(jìn)行操作的部分,這部分稱作輸入控件,還有另一部控件是不可以通過操作改變程序內(nèi)容的,這類

27、控件被稱作顯示控件,是操作者直接操作的界面,在虛擬儀器中視為儀器的控制面板,在這個(gè)面板上有可以進(jìn)行操作的部分,這部分稱作輸入控件,還有另一部控件是不可以通過操作改變程序內(nèi)容的,這類控件被稱作顯示控件是操作者直接操作的界面,在虛擬儀器中視為儀器的控制面板,在這個(gè)面板上有可以進(jìn)行操作的部分,這部分稱作輸入控件,還有另一部控件是不可以通過操作改變程序內(nèi)容的,這類控件被稱作顯示控件,是操作者直接操作的界面,在虛擬儀器中視為儀器的控制面板,在這個(gè)面板上有可以進(jìn)行操作的部分,這部分稱作輸入控件,還有另一部控件是不可以通過操作改變程序內(nèi)容的,這類控件被稱作顯示控件是操作者直接操作的界面,在虛擬儀器中視為儀器

28、的控制面板,在這個(gè)面板上有可以進(jìn)行操作的部分,這部分稱作輸入控件,還有另一部控件是不可以通過操作改變程序內(nèi)容的,這類控件被稱作顯示控件,如圖4.2所示。 圖3.2 前面板后面板(程序框圖:提供編寫程序所要求的各種函數(shù)模,每個(gè)函數(shù)模塊都有各自的功能,這些模塊在程序里稱作函數(shù)節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間通過連線在接線端子上連接,從而實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的功能組合;如圖4.3所示。 圖3.3 程序框圖3.3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1 軟件模塊劃分大部分設(shè)計(jì)良好的軟件系統(tǒng)都是模塊化結(jié)構(gòu),任何一個(gè)大的程序系統(tǒng)都是由若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊組成,根據(jù)實(shí)際情況,本試驗(yàn)系統(tǒng)的軟件也是由幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊組成,系統(tǒng)的模塊劃分

29、見圖4.4。 圖3.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件模塊劃分為了使得試驗(yàn)者更好的使用,讓汽車的平順性的試驗(yàn)更為直觀,在試驗(yàn)時(shí),除了得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)外和參數(shù)外,還要能實(shí)時(shí)顯示加速度曲線、功率譜曲線、x、y、z三軸的加權(quán)加速度、總加權(quán)加速度以及汽車平順性的評(píng)價(jià)顯示,并且能夠?qū)λ鶞y(cè)量和得到的數(shù)據(jù)按一定的格式進(jìn)行保存。3.3.2 軟件的總體框圖 圖3.5 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總框圖從上圖3.5,我們大概可以看出軟件的總體框圖和試驗(yàn)系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能。在試驗(yàn)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí),首先進(jìn)入的是主程序界面,在主程序界面里有許多的控件,以讓試驗(yàn)者可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行試驗(yàn),還是退出實(shí)驗(yàn)或是停止試驗(yàn)。在數(shù)據(jù)采集和進(jìn)行汽車平順性試驗(yàn)之前,由于傳感

30、器所采集的是模擬電壓信號(hào),所以我們需要進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)選擇開始試驗(yàn)時(shí),程序?qū)⑦M(jìn)入標(biāo)定程序,標(biāo)定時(shí),為了使標(biāo)定更直觀和判斷標(biāo)定的正確與否,標(biāo)定時(shí)的部分?jǐn)?shù)據(jù)還需實(shí)時(shí)顯示。標(biāo)定后的數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)采集處理模塊,以便進(jìn)行處理。最后存儲(chǔ)所需要數(shù)據(jù)。在主程序、標(biāo)定、采集模塊中都有退出試驗(yàn)和停止試驗(yàn)的命令,以使得實(shí)驗(yàn)者根據(jù)需要在試驗(yàn)過程中退出或中止試驗(yàn)。3.3.3 系統(tǒng)總體流程圖 圖3.6 系統(tǒng)總體流程圖由上圖3.6可以看出當(dāng)程序開始運(yùn)行時(shí),首先進(jìn)入的是主程序界面,在主程序界面里用戶可以確定是否準(zhǔn)備完成,以選擇是繼續(xù)試驗(yàn)、停止試驗(yàn)或者退出試驗(yàn)系統(tǒng),當(dāng)用戶選擇繼續(xù)試驗(yàn)后系統(tǒng)將進(jìn)入傳感器標(biāo)定。系統(tǒng)進(jìn)入標(biāo)定界面后,可以

31、選擇相應(yīng)的功能控件,以決定選用默認(rèn)標(biāo)定值或是進(jìn)行標(biāo)定,隨后進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理計(jì)算計(jì)算界面。也可以選擇退出實(shí)驗(yàn)或停止試驗(yàn)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集界面后,也就是試驗(yàn)的主要界面。進(jìn)入該界面在試驗(yàn)前需要設(shè)置參數(shù),或者選用默認(rèn)參數(shù),點(diǎn)擊開始試驗(yàn)后,系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定處理顯示。每次讀取的數(shù)據(jù)數(shù)目由設(shè)定的參數(shù)決定,在試驗(yàn)過程中,系統(tǒng)將實(shí)時(shí)顯示各參數(shù),包括計(jì)算后的數(shù)據(jù)。其中有圖形和數(shù)據(jù)顯示。在試驗(yàn)過程中,用戶可以選擇停止或退出試驗(yàn)。當(dāng)用戶完成試驗(yàn)后,單擊試驗(yàn)完成保存數(shù)據(jù),將進(jìn)入試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以電子表格的形式保存。保存文件的文件夾將以該次試驗(yàn)時(shí)間作

32、為文件名。以上只是大概對(duì)程序的總體流程進(jìn)行了介紹,對(duì)于各個(gè)實(shí)驗(yàn)界面的具體的功能見后面的具體程序說明。3.4 試驗(yàn)系統(tǒng)總程序的設(shè)計(jì)當(dāng)硬件設(shè)備連接完成,進(jìn)入登陸界面,如下圖4.7所示,輸入用戶名和密碼,運(yùn)行試驗(yàn)程序,將進(jìn)入主程序界面。在試驗(yàn)之前需要確定硬件設(shè)備是否連接正常,實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備是否充分,所以需要一定得緩沖時(shí)間,因此在試驗(yàn)主界面應(yīng)該有讓用戶選擇的功能,以確定是否真的進(jìn)入試驗(yàn)。下圖 4.8就是系統(tǒng)主程序的運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行界面。 圖3.7 試驗(yàn)系統(tǒng)登錄界面 圖3.8 主程序運(yùn)行圖主程序界面的設(shè)計(jì),應(yīng)該盡量使得界面美觀,操作的控件顯示直觀,界面的美化可以通過軟件提供的功能實(shí)現(xiàn)。LabVIEW提供了Cont

33、rols 界面裝飾模版,可以對(duì)程序界面進(jìn)行裝飾,其中裝飾有各種形狀的,還有箭頭裝飾。除了上述的裝飾外,該軟件還允許外部圖像插入前面板,其具體方法是從菜單欄中選擇編輯,在彈出的下拉菜單中選擇導(dǎo)入圖片至剪貼板,然后從跳出的對(duì)話框中選擇所需的圖片,單擊確定,此時(shí)文件已被復(fù)制到剪貼板中了,然后在前面板需要插入圖片的位置處,單擊鼠標(biāo),然后按“Ctrl+V”,圖片就被導(dǎo)入前面板中了?？梢灾貜?fù)導(dǎo)入相應(yīng)圖片對(duì)界面進(jìn)行裝飾,它還可以導(dǎo)入gif動(dòng)態(tài)圖片,使界面更為美觀。在試驗(yàn)者進(jìn)入主界面時(shí)根據(jù)實(shí)際情況,若所有的設(shè)備連接都正確,試驗(yàn)準(zhǔn)備工作都已經(jīng)完成,試驗(yàn)的時(shí)機(jī)合適,就可以單擊開始試驗(yàn),程序就將進(jìn)入傳感器標(biāo)定界面;

34、若是設(shè)備連接未對(duì)或者準(zhǔn)備工作沒完成可以選擇停止試驗(yàn);若是試驗(yàn)者因?yàn)槟承┰虿坏貌煌顺鰧?shí)驗(yàn),也可以選著退出試驗(yàn)系統(tǒng),系統(tǒng)可以退出系統(tǒng)并且關(guān)閉所有程序窗口。下圖3.9是主程序的程序框圖。 圖3.9 主程序框圖如上圖所示,當(dāng)進(jìn)入主界面時(shí),系統(tǒng)將進(jìn)入一個(gè)While循環(huán)中的While循環(huán),只有當(dāng)試驗(yàn)者單擊選項(xiàng)時(shí)系統(tǒng)才會(huì)退出循環(huán),根據(jù)試驗(yàn)者的選擇,進(jìn)入下一個(gè)結(jié)構(gòu),執(zhí)行下一步。若試驗(yàn)者單擊開始試驗(yàn)時(shí),系統(tǒng)退出循環(huán)進(jìn)入下一個(gè)主結(jié)構(gòu),調(diào)用標(biāo)定的子VI ,運(yùn)行標(biāo)定界面,當(dāng)標(biāo)定完成后,系統(tǒng)進(jìn)入再后一個(gè)結(jié)構(gòu)調(diào)用數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、和評(píng)價(jià)的子VI ,進(jìn)入采集和評(píng)價(jià)的界面,直至實(shí)驗(yàn)完成;若試驗(yàn)者在單擊停止試驗(yàn)或退出實(shí)驗(yàn)時(shí),系

35、統(tǒng)會(huì)彈出提示對(duì)話框,以供試驗(yàn)者選擇是否確認(rèn)停止試驗(yàn)或退出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),以避免試驗(yàn)者操作失誤而停止或退出實(shí)驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)全部結(jié)束時(shí),試驗(yàn)者可點(diǎn)擊退出系統(tǒng)按鈕,關(guān)閉所有窗口。程序采用了LabVIEW 提供的順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,不易出錯(cuò)。另外,LabVIEW 也提供了一些控制控件,使得程序很容易實(shí)現(xiàn)停止試驗(yàn)或者退出實(shí)驗(yàn)。3.5標(biāo)定模塊的設(shè)計(jì)標(biāo)定是保證試驗(yàn)精度的前提,所以標(biāo)定也是平順性系統(tǒng)中重要的一部分。由于傳感器是將要測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集卡,數(shù)據(jù)采集卡所獲得的是模擬電壓信號(hào),在試驗(yàn)時(shí)我們要得到加速度信號(hào),所以我們需要對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定,以將所獲得模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為加速度信號(hào),其換

36、算公式如下式4-1所示 8.90-=G v v v a (3-1其中v 是所測(cè)得的模擬電壓信號(hào)值的大小,0v 是傳感器加速度為0時(shí)的模擬電壓信號(hào)值的大小,G v 是傳感器的加速度的值是一個(gè)g 時(shí)的電壓信號(hào)值的大小標(biāo)定傳感器就是要獲得傳感器各個(gè)軸計(jì)算加速度時(shí)所需要的各值,因?yàn)榧铀俣扔姓?fù)之分,因此為了得到G v 我們需要得到傳感器加速度度為g +和加速度為g -時(shí)的模擬電壓值按4-2式計(jì)算得到 2gg G v v v -= (3-2所以我們所需要得到的標(biāo)定值有當(dāng)加速度為0時(shí)的三個(gè)軸向的模擬電壓信號(hào)值X0、Y0、Z0,當(dāng)各軸向加速度值為g +時(shí)的三軸的模擬電壓信號(hào)值Xg 、Yg 、Zg 以及當(dāng)各軸

37、向加速度為g -時(shí)的三軸的模擬電壓信號(hào)值X-g 、Y-g 、Z-g 。3.5.1 標(biāo)定的前面板設(shè)計(jì)在標(biāo)定前,我們需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,標(biāo)定時(shí)只需要一個(gè)通道,可以對(duì)每個(gè)軸分開進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定完一軸后再對(duì)下一個(gè)軸進(jìn)行標(biāo)定,因此在前面板參數(shù)設(shè)置中應(yīng)有通道選擇和標(biāo)定軸的以及標(biāo)定項(xiàng)目的選擇。標(biāo)定時(shí),考慮外界的影響,在采樣進(jìn)行標(biāo)定時(shí),不能只選取采取一個(gè)數(shù)據(jù),應(yīng)該根據(jù)需要和情況對(duì)采樣數(shù)目進(jìn)行設(shè)置,除此之外,在前面板還應(yīng)可以對(duì)采樣頻率、采樣方式、采樣最值等進(jìn)行設(shè)置。標(biāo)定的前面板的具體界面見上圖4.10所示。 圖3.10 標(biāo)定的運(yùn)行界面除了設(shè)置之外還應(yīng)該有數(shù)據(jù)顯示,對(duì)各個(gè)標(biāo)定值進(jìn)行顯示,還能夠?qū)崟r(shí)顯示標(biāo)定時(shí)的部分采

38、樣數(shù)據(jù),以觀察是否相差不大,若相差太大,應(yīng)進(jìn)行重新標(biāo)定。一般情況下每次試驗(yàn)前必須進(jìn)行標(biāo)定,但是有時(shí)也可以根據(jù)需要和實(shí)際情況不進(jìn)行標(biāo)定而是采用默認(rèn)的標(biāo)定值,因此在前面板也應(yīng)有默認(rèn)值選取的選擇控件。標(biāo)定過程中,若是遇到問題需停止標(biāo)定過程,因此前面板設(shè)有停止標(biāo)定的選擇按鈕。3.5.2 標(biāo)定的程序設(shè)計(jì)當(dāng)進(jìn)入標(biāo)定模塊時(shí),程序?qū)⑦M(jìn)入循環(huán),當(dāng)試驗(yàn)者根據(jù)需要或是實(shí)際情況,想選擇默認(rèn)數(shù)據(jù)時(shí),單擊選擇默認(rèn)數(shù)據(jù)的按鈕,程序?qū)?huì)將默認(rèn)的標(biāo)定數(shù)據(jù)賦給個(gè)標(biāo)定項(xiàng)目。所有的默認(rèn)數(shù)據(jù)是在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)所得標(biāo)定數(shù)據(jù),采集該默認(rèn)數(shù)據(jù)時(shí),頻率設(shè)置為200Hz,采樣個(gè)數(shù)為200。若選擇了默認(rèn)數(shù)據(jù)后,系統(tǒng)會(huì)彈出確認(rèn)對(duì)話框,以確定試驗(yàn)者

39、是否真的選擇默認(rèn)數(shù)據(jù),若單擊確定按鈕,系統(tǒng)會(huì)終止循環(huán)而進(jìn)入下一個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和平順性評(píng)價(jià)系統(tǒng)界面。默認(rèn)數(shù)據(jù)的選擇采用了軟件中的case結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),對(duì)各標(biāo)定項(xiàng)目的賦值都采用了局部變量,使得程序結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。標(biāo)定默認(rèn)標(biāo)定數(shù)據(jù)部分的程序代碼如圖3.11 所示。 圖3.11 標(biāo)定默認(rèn)標(biāo)定數(shù)據(jù)部分的程序代碼當(dāng)裝了數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)后,LabVIEW 的函數(shù)模板下的測(cè)量I/O的子模版中就會(huì)多一個(gè)DAQmx-數(shù)據(jù)采集函數(shù)項(xiàng)目,具體見下圖3.12。在標(biāo)定時(shí),需要利用傳感器采取數(shù)據(jù),輸入到數(shù)據(jù)采集卡,然后從采集卡讀取所采集的數(shù)據(jù),以獲得所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集的程序主要見下圖3.13所示,我們所采用的是函數(shù)來讀取數(shù)據(jù)

40、,從數(shù)據(jù)采集卡讀取數(shù)據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建通道,在創(chuàng)建讀取通道之前,我們利用DAQmx 平化通道字符串函數(shù),來對(duì)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)化,若是有多個(gè)通道時(shí),利用該函數(shù)不易出錯(cuò)。在對(duì)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)化后就可以使用創(chuàng)建通道的函數(shù)創(chuàng)建通道,在創(chuàng)建通道的函數(shù)中有許多可以設(shè)置的選項(xiàng),有采樣的最大值、最小值的節(jié)點(diǎn),以及對(duì)采樣的具體連接方法的選擇節(jié)點(diǎn),是接地還是其他方式,在創(chuàng)建通道后使用DAQmx定時(shí)(采樣時(shí)鐘函數(shù),該函數(shù)有許多的方式選擇,選擇采樣時(shí)鐘函數(shù),可以利用該函數(shù)設(shè)置采樣頻率和每個(gè)通道每次讀取數(shù)據(jù)的數(shù)目,同時(shí)可以選擇采樣方式是連續(xù)或是非連續(xù)等。在讀取數(shù)據(jù)前需要將數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū),這樣會(huì)緩沖硬件壓力,程序運(yùn)行會(huì)更可靠,數(shù)據(jù)讀取前采用

41、DAQmx配置輸入緩沖區(qū)函數(shù)來設(shè)定緩沖的樣本數(shù)據(jù)的容量的大小,本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置為1000000,在該函數(shù)后面使用DAQmx開始任務(wù)函數(shù)。在通道創(chuàng)建后,由于需要連續(xù)采樣,采樣數(shù)目是由試驗(yàn)者確定的,所以本次讀取數(shù)據(jù)的次數(shù)也是確定值,所以采用For 循環(huán)來讀取數(shù)據(jù),使用DAQmx讀取函數(shù)來讀取數(shù)據(jù),該函數(shù)可以讀取許多種不同類型的數(shù)據(jù),根據(jù)實(shí)際情況,標(biāo)定時(shí)每次只從一個(gè)通道讀取數(shù)據(jù),所以選擇單通道讀取1維雙精度數(shù)據(jù)的數(shù)組模擬信號(hào)的模擬DBL 1通道1采樣類型的讀取方式的函數(shù)讀取。該函數(shù)輸出的數(shù)據(jù)為一維數(shù)組。在使用DAQ 函數(shù)讀取數(shù)據(jù)時(shí),在讀取數(shù)據(jù)完成后,還需要將讀取任務(wù)停止并關(guān)閉所創(chuàng)建的通道,所以采用清除

42、任務(wù)函數(shù)來停止任務(wù)、清理內(nèi)存并關(guān)閉通道。在清除任務(wù)后后,連接簡(jiǎn)易錯(cuò)誤處理器函數(shù),當(dāng)程序出錯(cuò)時(shí)用以提示試驗(yàn)者。 圖3.12 調(diào)用DAQ編程讀取數(shù)據(jù)當(dāng)通過傳感器和數(shù)據(jù)采集卡以及程序獲得標(biāo)定所需的數(shù)據(jù),為了使得標(biāo)定更加準(zhǔn)確,每個(gè)標(biāo)定項(xiàng)目都采集了一定數(shù)目的數(shù)據(jù),最后求其平均值,默認(rèn)的采集數(shù)目是200。對(duì)于其具體計(jì)算程序和標(biāo)定的主要程序見下圖3.13所示。 圖3.13 標(biāo)定的主要程序代碼當(dāng)讀取一定數(shù)目的數(shù)據(jù)后,以數(shù)組的形式保存在緩存中,使用數(shù)組求和函數(shù),當(dāng)數(shù)組輸入后,該函數(shù)會(huì)直接計(jì)算求出數(shù)組所有元素的和值。再利用求數(shù)組大小的函數(shù),當(dāng)輸入數(shù)組后,會(huì)自動(dòng)計(jì)算出數(shù)組的大小,用數(shù)組的和值除以數(shù)組的大小值就可以獲

43、得所需要的標(biāo)定數(shù)據(jù),由于標(biāo)定的項(xiàng)目有很多,每個(gè)軸有三個(gè)標(biāo)定值,有三個(gè)軸需要標(biāo)定,所以在標(biāo)定后面利用了兩個(gè)case 結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)標(biāo)定軸和標(biāo)定項(xiàng)目的選擇,當(dāng)選擇了x軸,標(biāo)定項(xiàng)目選擇了0或G時(shí),試驗(yàn)者需將傳感器擺放成剛好使得x軸的加速度為0或者G,然后點(diǎn)標(biāo)定時(shí),程序?qū)?biāo)定x軸加速度為0或?yàn)镚時(shí)的電壓值。并且輸入到X0或Xg的顯示框內(nèi)。當(dāng)在標(biāo)定過程中,因?yàn)槟承┰?需要停止標(biāo)定時(shí),試驗(yàn)者可以點(diǎn)停止標(biāo)定按鈕,以停止標(biāo)定,系統(tǒng)會(huì)彈出提示框以提示試驗(yàn)者是否確定停止標(biāo)定。當(dāng)試驗(yàn)者將所有標(biāo)定項(xiàng)目都標(biāo)定完成后,單擊標(biāo)定全部完成進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng)按鈕,系統(tǒng)將進(jìn)入平順性是試驗(yàn)和評(píng)價(jià)界面。4.6 平順性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì)平順

44、性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)在一個(gè)試驗(yàn)界面上,當(dāng)傳感器標(biāo)定完成后,試驗(yàn)系統(tǒng)將進(jìn)入到平順性數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)系統(tǒng)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)界面,在進(jìn)行平順性數(shù)據(jù)采集時(shí)需要有許多的控件供試驗(yàn)者選擇以根據(jù)試驗(yàn)者的需要進(jìn)行下一步驟試驗(yàn)。所以平順性的試驗(yàn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的界面和程序是整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的核心,也是最復(fù)雜一塊。設(shè)計(jì)平順性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的試驗(yàn)界面時(shí),在保證各項(xiàng)要求和需要之后,力求使得界面美觀操作簡(jiǎn)單可靠。4.6.1 試驗(yàn)系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì) 圖3.14 汽車平順性試驗(yàn)系統(tǒng)的所需設(shè)置的參數(shù)的前面板圖圖3.14是汽車平順性試驗(yàn)系統(tǒng)的所需設(shè)置的參數(shù)的前面板圖,在進(jìn)行平順性數(shù)據(jù)采集前,需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,以保證獲得所需要的數(shù)據(jù),所以前面板應(yīng)有試驗(yàn)

45、參數(shù)設(shè)置的控件,其所需要設(shè)定的參數(shù)和標(biāo)定時(shí)所需要設(shè)定的參數(shù)有采樣頻率、物理通道、采樣最值、和每通道采樣。采樣頻率根據(jù)要求應(yīng)該是實(shí)際的頻率的兩倍以上,汽車行駛的頻率一般在0.5-80Hz,所以采樣頻率應(yīng)該要大于160Hz,默認(rèn)的值是200Hz,在汽車平順性實(shí)驗(yàn)時(shí),所需采集的數(shù)據(jù)是連續(xù)的,采樣方式應(yīng)該選擇連續(xù)采樣,采樣最值一般設(shè)為-10和+10,一般的采樣數(shù)據(jù)值的大小都在該范圍內(nèi),每通道采樣數(shù)一般要大于10以方便求取功率譜值,但也不能設(shè)置的太大,否則實(shí)驗(yàn)時(shí),計(jì)算機(jī)處理會(huì)困難,而引起系統(tǒng)運(yùn)行較卡。在試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定前,還應(yīng)該有通道的選擇,試驗(yàn)時(shí),需采集三個(gè)方向的加速度,因此應(yīng)該有三個(gè)通道的選擇,在試驗(yàn)前

46、應(yīng)該正確的選擇各個(gè)通道。為了使得試驗(yàn)者更了解標(biāo)定,在試驗(yàn)系統(tǒng)的前面板有標(biāo)定的各項(xiàng)目的值的顯示。前面板有試驗(yàn)控件的選擇,進(jìn)入平順性試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)者可以根據(jù)自己的需要選擇下一步。若試驗(yàn)設(shè)置完成,各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后,試驗(yàn)者可以單擊試驗(yàn)設(shè)置完成開始實(shí)驗(yàn),當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集足夠了,試驗(yàn)者可以單擊試驗(yàn)完成保存數(shù)據(jù),以結(jié)束試驗(yàn)并保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。若試驗(yàn)者需要停止試驗(yàn)或是退出試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)者可以單擊相應(yīng)控件,以結(jié)束試驗(yàn)或是退出試驗(yàn)系統(tǒng),同時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)會(huì)彈出相應(yīng)的提示對(duì)話框以提示試驗(yàn)者是否確認(rèn)停止試驗(yàn)或是退出試驗(yàn)系統(tǒng),其控件的前面板見下圖 4.15所示。 圖3.15 試驗(yàn)控件試驗(yàn)系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時(shí),當(dāng)對(duì)所采集的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行

47、處理后,所獲得的是加速度信號(hào),為了更形象的說明汽車行駛時(shí)的情況,需要對(duì)加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,LabVIEW 軟件中提供了許多圖形顯示控件,利用波形圖表(Waveform Chart 來實(shí)時(shí)顯示采集的加速度。該控件可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前汽車行駛時(shí)的加速的大小和加速度變化情況。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,可以求出當(dāng)前采集加速度的的功率譜密度,為了能夠形象的反應(yīng)當(dāng)前加速度的功率譜密度情況,本試驗(yàn)系統(tǒng)使用軟件提供的波形圖(Waveform Graph 控件來顯示頻率和功率譜的關(guān)系圖,以更形象的說明汽車行駛時(shí)的功率譜情況。其具體顯示前面板見上圖3.14。3.6.2 平順性的評(píng)價(jià)系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)當(dāng)數(shù)據(jù)采集后,通過前面的處理計(jì)

48、算方法處理計(jì)算后就可以得到平順性的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值,利用基本的評(píng)價(jià)方法來對(duì)汽車進(jìn)行行駛平順性的評(píng)價(jià)。汽車平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo)有三個(gè)軸向加速度加權(quán)加速度wx a 、wy a 、wz a ,總的加權(quán)加速度w a 以及加權(quán)振級(jí)aw L ,在平順性的評(píng)價(jià)的前面板中有各個(gè)指標(biāo)的實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)為了使得平順性的評(píng)價(jià)顯示更為直觀,本次試驗(yàn)系統(tǒng)使用儀表控件來動(dòng)態(tài)顯示汽車行駛平順性的好壞情況。其具體顯示前面板見上圖3.14。3.6.3 試驗(yàn)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)(1試驗(yàn)控件的程序編寫在進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng)后,試驗(yàn)者應(yīng)該可以根據(jù)實(shí)際情況,能在試驗(yàn)開始時(shí)選擇停止試驗(yàn)或退出試驗(yàn)系統(tǒng),或是在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí),停止試驗(yàn)和退出試驗(yàn)系統(tǒng)。其實(shí)驗(yàn)控件的程

49、序代碼如下圖4.16和圖4.17所示。 圖3.16 試驗(yàn)系統(tǒng)控件程序代碼1 圖3.17 試驗(yàn)系統(tǒng)控件程序代碼2如上圖3.16所示,當(dāng)進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng)界面后,系統(tǒng)將進(jìn)入一個(gè)While 循環(huán),一直等到試驗(yàn)者選擇相應(yīng)操作,系統(tǒng)才會(huì)終止循環(huán)進(jìn)入下一步。若試驗(yàn)者單擊了停止試驗(yàn)或退出實(shí)驗(yàn)時(shí),系統(tǒng)會(huì)彈出提示對(duì)話框,以提醒試驗(yàn)者是否確定停止試驗(yàn)或者退出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。當(dāng)試驗(yàn)者單擊開始試驗(yàn)后,系統(tǒng)進(jìn)入試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集,若此時(shí)因?yàn)槟承┰蛐枰Ｖ乖囼?yàn)或退出試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí),試驗(yàn)者可以單擊停止試驗(yàn)或退出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),系統(tǒng)將彈出對(duì)話框,以提醒試驗(yàn)者是否確定中途停止試驗(yàn)或停止試驗(yàn)。開始、中途停止和退出試驗(yàn)都是用一個(gè)控件來實(shí)現(xiàn),在程序中,是利用

50、局部變量來實(shí)現(xiàn)該功能,停止試驗(yàn)和退出試驗(yàn)的控件在程序中都是局部變量,因此在試驗(yàn)開始前,一定要確定這兩個(gè)控件的布爾值是默認(rèn)值,即控件顏色是灰色。否則在試驗(yàn)時(shí),系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。(2數(shù)據(jù)讀取程序編寫試驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)采集程序的編寫和標(biāo)定的數(shù)據(jù)采集程序基本上相同,只是試驗(yàn)時(shí),需要同時(shí)采集x、y、z三個(gè)軸向的加速度,因此它需要同時(shí)創(chuàng)建三個(gè)通道輸入,本試驗(yàn)系統(tǒng)采用建立數(shù)組的VI函數(shù)建立三個(gè)通道。由于后面計(jì)算程序需要采樣的時(shí)間間隔dt,所以在數(shù)據(jù)采集時(shí),需對(duì)采樣頻率進(jìn)行1以求取dt,在試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí),一次讀取的數(shù)據(jù)數(shù)目一般在10個(gè)以上,以方便后面的功率求倒數(shù)f譜的求取,所以讀取數(shù)目需要輸入到DAQ讀取VI函數(shù)節(jié)點(diǎn)。數(shù)

51、據(jù)讀取的程序代碼具體見下圖4.18所示。在試驗(yàn)系統(tǒng)中,由于需要一次讀取三個(gè)方向的加速度信號(hào),因此DAQ讀取函數(shù)需采用讀取二維模擬信號(hào)數(shù)組的DAQ讀取函數(shù)。其他的參數(shù)設(shè)置和標(biāo)定是相同的,具體說明見標(biāo)定程序設(shè)計(jì)說明。 圖3.18 試驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)讀取時(shí)的部分程序代碼(3加速度及功率譜計(jì)算程序圖3.19所示為加速度及功率譜計(jì)算程序程序代碼,由于加速度傳感器采集輸入數(shù)據(jù)采集卡的模擬電壓信號(hào),因此我們需要對(duì)該模擬電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)化,以得到加速度信號(hào)值,其具體計(jì)算方法見公式4-1。數(shù)據(jù)讀取時(shí)將所采集的三個(gè)方向模擬電壓值以二維數(shù)組的形式輸出,因此在分別計(jì)算三個(gè)軸向加速度時(shí),需要讀取每個(gè)軸向的加速度模擬電壓值,以

52、分別進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)數(shù)據(jù)輸出的特點(diǎn)即每個(gè)通道的數(shù)據(jù)都以數(shù)組中的一行進(jìn)行輸出,利用數(shù)組中的索引數(shù)組函數(shù)分別取出數(shù)組中每一行,然后按公式3-1計(jì)算,軟件中提供的數(shù)學(xué)運(yùn)算,都是對(duì)數(shù)組的每個(gè)元素進(jìn)行計(jì)算。由于,標(biāo)v值是按3-2式求取所得,在試驗(yàn)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)加速度方向剛好和實(shí)際的相反,因此在編定時(shí)求取的G程時(shí),為了使得調(diào)試簡(jiǎn)單,將4-1式中的乘以9.8改成了-9.8以修正加速的方向。 圖3.19 加速度和功率譜計(jì)算程序從上圖3.16可看出,當(dāng)計(jì)算得到采集的三個(gè)軸向的加速度,在計(jì)算加權(quán)加速度值時(shí)需要求取各個(gè)軸向加速度的功率譜值,該軟件提供了求數(shù)組的功率譜的函數(shù),其計(jì)算原理見第二章功率譜計(jì)算方法說明。該VI函數(shù)

53、輸入節(jié)點(diǎn)為采樣的時(shí)間間隔dt和計(jì)算所得到的加速度值數(shù)組,該函數(shù)會(huì)計(jì)算出采樣的功率譜,輸出功率譜值和相應(yīng)的采樣頻率間隔df值。求得加速度和功率譜后,為了使得試驗(yàn)時(shí)能實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)結(jié)果,加速度和功率譜都采用圖形顯示框顯示。由于功率譜顯示是功率譜和頻率的關(guān)系圖,因此在圖像顯示控件前,采用了捆綁函數(shù)對(duì)圖像的X軸和Y軸進(jìn)行了定義,并對(duì)圖像輸出控件進(jìn)行了初始化。3.6.4 平順性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)當(dāng)通過采集和計(jì)算得到了加速度值和功率譜值以及采樣的頻率間隔值,要進(jìn)行平順性的評(píng)價(jià)需要計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值,三個(gè)軸向的加權(quán)加速度值、總的加權(quán)加速度值以及加權(quán)振級(jí)。(1X、Y軸的加權(quán)加速的計(jì)算為了使得程序簡(jiǎn)單,在計(jì)算各軸的加權(quán)加速度值都采用了子程序。x、y軸的加權(quán)加速的計(jì)算程序代碼見下圖3.20所示。 圖3.20 x、y軸的加權(quán)加速的計(jì)算程序代碼上圖中的N 是功率譜數(shù)組的大小,它是在求的功率譜值后,利用數(shù)組大小函數(shù)求得,當(dāng)輸入求得的功率譜值數(shù)組后,該函數(shù)會(huì)求得數(shù)組大小。利用公式2-2計(jì)算加權(quán)加速度值的大小,由于x 、y 的頻率加權(quán)函數(shù)為d 所以計(jì)算時(shí),公式中的(f W 取(f w d 。(f w d 的值的大小