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1、基于LabVIEW8.0的汽车油门踏板测试的研究陈栋应用LabVIEW8.0图形化编程软件，装备NI公司的数据收集卡PCI-6233和运动控制卡PCI-7342以及一台PC机组建一个对汽车油门踏板的测试系统。测试原理及软件设计是需要具体介绍的内容。1引言在汽车越来越普及的今天，汽车内部的各种测试系统也必然需要越来越智能化；油门踏板的测试就是一个典型的例子。同时油门踏板是作为汽车内部与成员平安息息相关的核心部件，这要求我们对它的测试进展严格全面的测试。汽车发动机油门，一般是靠踏板来控制，也称加速踏板，是车用发动机控制供油的装置。油门踏板的测试主要包括其滑动变阻器的线性度测试、压力和位移的匹配度测
2、试、特殊点的鉴别这些测试最终都归结于一个数学问题曲线拟和。所以从理论上来讲，目前所有的编程语言都可以胜任，C、Matlab等。由于测试经过必须依靠硬件收集数据，所以假如采用的语言硬件接口越方便，程序员的工作就会越轻松，就可以把更多的精力放在算法研究上面。IMG=图1系统硬件框图/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111311160440800T.jpg/IMG图1系统硬件框图IMG=图2程序流程图/uploadpic/THESIS/2007/11/20071113111846271846.jpg/IMG图2程序流程图1986年，美国国家仪器NI，NationalInst
3、ruments公司提出了虚拟仪器的概念，这是一种革命性的程序设计思想。这种设想是前面板，数据流框图以及图形化仪器的有机结合，密不可分。详细而言，它是通过计算机含有LabVIEW软件为操纵平台，以模块化功能的硬件为桥梁的测控系统。在虚拟仪器的理念中，硬件仅仅是输入输出信号的工具和软件赖以生存的物理环境，软件才是整个系统的核心，它决定着硬件的治理和仪器功能的实现。本文采用LabVIEW作的油门踏板测试系统极大的加快了软件开发速度。2测试原理2.1测试系统硬件框图将安装好的汽车踏板固定在测试台，首先伺服电机前向匀速直线运动，推动踏板跟运动到机械极限位置，这是第一个运动经过；当系统检测踏板位置到达极限
4、当检测到位于踏板与电机间的压力传感器大于一定的数值，就可以做出判定，那么伺服电机换向，跟随踏板内部弹簧运动回原点位置，这是第二个运动经过。在两个经过中，一方面要通过LabVIEW编程借助运动控制卡设定电机的运动参数，控制电机的速度、方向以及启停；另一方面还要通过数据收集卡收集相应的测试数据、使用数学工具处理数据；最后，对测得数据与厂家给出的这些数据的参数进展比照，给出测试结果。测试系统的硬件框图如图1所示。可以看到，测试系统的核心是一台装有数据收集卡、运动控制卡、以及LabVIEW8.0软件的PC机。其中数据收集卡主要负责收集测试系统所需要的数据，比方电压值、位移传感器值、压力传感器值，并送入
5、LabVIEW软件进展数据处理；运动控制卡是LabVIEW对电机控制的桥梁。2.2测试系统软件流程图整个系统的程序主要分为主程序和数据收集子程序、电机控制子程序、电源控制子程序、数据处理及曲线显示并得出测试结论四个子程序组成。其流程图如图2所示。关于流程图的几点讲明：1初始化主要是对主程序的初始化和电源的初始化，首先设定电源的设置为电压输出。2启动电机的经过就是调用电机控制子程序的经过，包括对电机的初始化的经过，如设定电机的速度，方向等等。3判定踏板是否运行到底的标准是根据压力传感器的数值进展的，当压力到一定的数值，程序就以为踏板运行到了底部。4收集到的数据都是以数组的形式存储起来，电源设置的
6、改变主要是将输出电压设置为输出电流。电机反向的设置就是将电机的速度设置为原来的负数即可。5判定电机是否回到原点是通过位移传感器来进展判定的。6将两次收集、存储的数据进展计算，比照产品的技术参数，给出测试结果。根据客户的要求决定是产生测试报告的文档文件还是将文件直接由打印机打出。2.3主要测量数据2.3.1电压u1与输入电压U图3中的1，2，3为踏板滑片的三个引脚，A，B为一个滑动变阻器的两端。在踏板跟随电机正向运动的第一个经过中，踏板内部电路中的滑片也会从A点滑动到B点。在这个经过中，引脚1和3之间参加了一个恒压源U，使用数据收集卡的模拟输入端，收集引脚1和2之间电压的数值u1。u1随着滑片的
7、滑动不断变化。收集u1的同时，也将收集电机位移L的变化经过。以L为X轴，u1为Y轴做的曲线在理想情况下应该是一条直线。但在实际情况下需要对收集到的两个数组进展线形化拟合。一般采用最小二乘法，即：数据收集卡得到了和，然后需要确定的就是a和b这两个系数。对上面公式分别对a和b求偏导后让其即是零，于是得到两个关于a和b的方程，联立方程组很轻易就可以求出a和b，得到所给数据的最正确线性方程。采用LabVIEW这种图形化编成方式根本不需要进展如此复杂的数学运算，只需要采用一个最小二乘法求解最正确线性拟合的一个模块，如图4所示。其中Y、X、Weight表示数组、及每一点的权，BestLinearFit表示
8、数组，slope和intercept分别表示最正确线性拟合直线的斜率和截距。当求解出这些参数，与厂家给出的参数相比拟，就能得到第一个参数的测试结论。2.3.2电压R，Rn在踏板运动的第二个经过中，我们把1、3引脚之间输入的固定电压改成从引脚1输入固定电流；把测量引脚1、2之间电压u1改为测量2、3引脚之间的电压u2。这样以u2除以I就得到了电阻R。同样以L为横坐标，R为纵坐标的曲线在LabVIEW程序的前面板上显示出来。等到第二个运动经过完毕，关闭电机之后关掉电流之前，收集引脚1、3之间的电压u3计算出Rn=u3/I，同样将这些参数与厂家给出的参数相比照，给出测试结论。2.3.3电机的运动位移
9、L与电机对踏板的压力F在第一个运动经过中和第二个运动经过中采用位移传感器和压力传感器全程记录下滑片从A点到B点，再从B点到A点的整个经过中电机的位移变化其中设滑动头在A点时电机的运动位移为0，B点时为位移最大值以及电机与踏板之间的压力变化。位移传感器和压力传感器的数值将分别通过数据收集卡的两个模拟输入端口输入电脑，在LabVIEW中，以L为横坐标轴，F为纵坐标轴的曲线与厂家给出的曲线的技术参数相比拟，得出第三个参数的测试结论。2.4主要子程序框图由于LabVIEW是图形化编程软件，鉴于本测试系统的主程序篇幅庞大，此处仅列局部子程加以讲明。在数据收集子程序中，首先是设定好采样的各种参数，如采样率
10、，采样方式多通道还是单通道等等，采样率的设置要考虑数据收集卡的性能关于PCI-6233的性能请参考相关的产品手册；然后启动数据采样，在后面的while循环中将多个通道中采样到的数据存储在一个二维数组里，便于数据处理程序的调用；之后是一个停顿采样的函数模块。同样，主程序也可以对这个子程序进展机动灵敏的调用。IMG=图3踏板电路原理简图/uploadpic/THESIS/2007/11/20071113112017884491B.jpg/IMG图3踏板电路原理简图IMG=图4线形拟合函数模块/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111310491142632W.jpg/IMG
11、图4线形拟合函数模块IMG=图5数据收集子程序框图/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111310234018158J.jpg/IMG图5数据收集子程序框图IMG=图6电机控制子程序框图/uploadpic/THESIS/2007/11/20071113102950626105.jpg/IMG图6电机控制子程序框图在电机控制子程序中，首先是对电机进展初始化：设定电机的运行方式、运动速度，然后启动电机，后面的一个大方框是一个while循环构造，在这个循环中可以即时监测到电机运行到的位置；在后面一个方框是一个case构造，当while循环中传递出正的布尔量时，程序开场执行电
12、机停顿函数模块，使电机停顿运行。在主程序中我们可以根据两个经过对电机运行的要求，灵敏的更改程序的参数设置，如速度，例如可以在第一个经过中把速度设置为10000，而在第二个经过中可以把它设置为-10000，表示电机以一样的速度反向运转。软件设计是整个系统设计的核心内容，图形化编程相对于C、VC、VB等等文字性编程，大大进步了编程的效率。在文字性编程中需要写入几千行才能实现的功能，在LabVIEW中只需要放入几个控件几秒钟就可以完成，比方硬件的初始化、最小二乘法的实现等。这种效率是惊人的，这也是本系统选择LabVIEW作为开发工具的主要原因。该系统目前在博世公司初步试验后运行平稳，测试可靠程度达95%以上。经进一步优化之后有望做成产品推向市场。