專利名稱：車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)控系統(tǒng)，具體是指車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)。背景技術(shù)：
各種交通車輛由于工作環(huán)境中振源較多，造成多種危害，如零部件損壞、堅(jiān)固件松 弛，并產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音和浪費(fèi)能源。某些車輛因?yàn)楣舱竦痊F(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲污染更加嚴(yán)重。 其振動(dòng)控制問(wèn)題是當(dāng)今的各大企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。對(duì)這些振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行控制就是 使之產(chǎn)生較弱的振動(dòng)，但某些情況下，如路面不平度、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的不穩(wěn)定性等都是不可控 的。理論上某些情況下的振動(dòng)是可以消除的，但是卻要消費(fèi)較高的成本，會(huì)使制造企業(yè)的產(chǎn) 品成本增加。所以，設(shè)計(jì)者應(yīng)在保證制造成本的前提下，把振動(dòng)控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。 減振產(chǎn)品主要有彈簧、油液減振器、橡膠減振器。橡膠減振器作為一種物美價(jià)廉的產(chǎn)品，其具有多方向減振、制造工藝簡(jiǎn)單、安裝方 便等優(yōu)點(diǎn)，在車輛工程中得到廣泛的應(yīng)用。但其工作環(huán)境是復(fù)雜的動(dòng)態(tài)工況，大多數(shù)橡膠減 振器的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)卻只有靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)橡膠膠減振器的動(dòng)態(tài)參數(shù)系統(tǒng)的關(guān)系分 析更是缺乏，這使得其應(yīng)用只能根據(jù)靜態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)加以推理，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，由此，國(guó)內(nèi)車 輛設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)盡量避免使用這種設(shè)計(jì)。利用橡膠減振器的動(dòng)態(tài)參數(shù)系統(tǒng)的特性進(jìn)行機(jī)械結(jié) 構(gòu)、車輛工程等進(jìn)行工程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是生產(chǎn)企業(yè)獲得自主知識(shí)，發(fā)展工業(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)良產(chǎn)品的必 然需求。目前對(duì)車輛橡膠減振器的測(cè)試專用設(shè)備一般也只有靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)設(shè)備，不能快速 準(zhǔn)確地對(duì)橡膠減振器進(jìn)行動(dòng)態(tài)多參數(shù)系統(tǒng)測(cè)試和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)系分析，不能夠提供設(shè)計(jì)車輛 橡膠減振器所必須的多種設(shè)計(jì)參考。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系 統(tǒng)，根據(jù)具體工況環(huán)境進(jìn)行橡膠減振器多參數(shù)的動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)研究，獲得動(dòng)態(tài)特性和關(guān)系 系統(tǒng)分析，實(shí)現(xiàn)車輛橡膠膠減振器合理化設(shè)計(jì)。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)，包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、動(dòng)力或信號(hào) 發(fā)生控制系統(tǒng)、伺服控制放大器、多功能數(shù)據(jù)采集卡、主控計(jì)算機(jī)；所述傳感器與所述動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)連接到實(shí)驗(yàn)裝置主體；所述傳感器還 連接所述信號(hào)調(diào)量電路，所述動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)還連接所述伺服控制放大器；所述信號(hào)調(diào)理電路和所述伺服控制放大器連接到所述多功能數(shù)據(jù)采集卡；所述多 功能數(shù)據(jù)采集卡連接到所述主控計(jì)算機(jī)；所述主控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)有動(dòng)態(tài)性能測(cè)試軟件，通過(guò)所述多功能數(shù)據(jù)采集卡對(duì)實(shí)驗(yàn)裝 置主體進(jìn)行測(cè)控，信號(hào)通過(guò)適當(dāng)處理轉(zhuǎn)化為調(diào)整指令發(fā)送到所述伺服控制放大器；實(shí)驗(yàn)裝 置主體動(dòng)作指令由所述主控計(jì)算機(jī)發(fā)出，通過(guò)所述多功能數(shù)據(jù)采集卡的D/A接口進(jìn)入所述伺服控制放大器進(jìn)行信號(hào)放大和調(diào)節(jié)；輸出電流信號(hào)，使實(shí)驗(yàn)裝置主體沿要求的方向和速 度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)減振器運(yùn)動(dòng)，并分別通過(guò)與實(shí)驗(yàn)裝置主體固連的傳感器測(cè)量信號(hào)，信號(hào)通 過(guò)所述信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，分別進(jìn)入所述多功能數(shù)據(jù)采集卡的三路A/D接口 ； 所述主控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到要求的減振器特性曲線。所述傳感器包括位移傳感器、速度傳感器、阻尼力傳感器。所述動(dòng)態(tài)性能測(cè)試軟件包括主界面模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊；所述主界面模塊完成虛擬儀器面板的設(shè)計(jì)，美觀、大方、實(shí)用，并設(shè)計(jì)用戶菜單和 使用面板旋鈕，使用戶能夠方便的使用操縱儀器工作；所述數(shù)據(jù)采集模塊模擬量的采集和開(kāi)關(guān)量的采集；在測(cè)試平臺(tái)中做出是多個(gè)示 波器，將信號(hào)實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)；數(shù)據(jù)從通道內(nèi)讀出后，將數(shù)據(jù)及時(shí)完整的保存下來(lái)，保證數(shù) 據(jù)不能丟失；所述數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)讀取數(shù)據(jù)存盤文件，將數(shù)據(jù)波形顯示出來(lái)；對(duì)采集來(lái)的 信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，消除干擾信號(hào)，從中分離出有用的信息；用LabVIEW中信號(hào)分析函數(shù)， 對(duì)存盤文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)分析包括功率譜、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)分析，以得到信號(hào)的頻 域和時(shí)域特性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)了一種非線性粘彈性減振器動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)，較完整 地研究和分析了被測(cè)試對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能組成和測(cè)試數(shù)據(jù)間動(dòng)態(tài)關(guān)系及顯示方案，進(jìn)行了各 種動(dòng)態(tài)關(guān)系分析，選擇了測(cè)試系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，分析了系統(tǒng)的工作原理和測(cè)試流程，并設(shè)計(jì) 出了動(dòng)態(tài)性能測(cè)試軟件，軟件開(kāi)發(fā)是該虛擬測(cè)試系統(tǒng)的核心，采用波形輸入調(diào)試軟件，運(yùn)行 結(jié)果表明該虛擬測(cè)控系統(tǒng)是可行的。動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)構(gòu)成和關(guān)系分析是 目前該類設(shè)備中較全面的系統(tǒng)。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。圖1是本發(fā)明系統(tǒng)硬件組成框圖。圖2是本發(fā)明中循環(huán)采樣示意圖。圖3是本發(fā)明中兩個(gè)通道同步采樣的示意圖。圖4是本發(fā)明間隔掃描示意圖。圖5是本發(fā)明中動(dòng)態(tài)性能測(cè)試軟件結(jié)構(gòu)框架圖。圖6是本發(fā)明程序總體工作流程圖。圖7是本發(fā)明中讀取波形文件并將四路信號(hào)分離框圖。圖8是本發(fā)明中用戶界面圖(局部圖形)。圖9是本發(fā)明中波形顯示面板(局部圖形)。
具體實(shí)施方式車輛橡膠減振器動(dòng)態(tài)性能計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì) 如圖1所示，主要包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)、伺服控制放大器、 多功能數(shù)據(jù)采集卡、主控計(jì)算機(jī)；所述傳感器與所述動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)連接到實(shí)驗(yàn) 裝置主體；所述傳感器還連接所述信號(hào)調(diào)理電路，所述動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)還連接所
4述伺服控制放大器；所述信號(hào)調(diào)理電路和所述伺服控制放大器連接到所述多功能數(shù)據(jù)采集 卡；所述多功能數(shù)據(jù)采集卡連接到所述主控計(jì)算機(jī)。所述傳感器包括位移傳感器、速度傳感 器、阻尼力傳感器。隨著計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器正在逐漸成為測(cè)試領(lǐng)域的發(fā)展方向。本 測(cè)試系統(tǒng)軟件采用虛擬儀器圖形化編程語(yǔ)言Lab VIEW來(lái)編寫。軟件采用了自上而下的模 塊化程序設(shè)計(jì)思想，用戶可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的輸出、振動(dòng)信號(hào)的采集、分析處 理以及信號(hào)的顯示與存取等操作。用戶可根據(jù)測(cè)試的具體要求設(shè)定激勵(lì)信號(hào)的頻率，幅值 等參數(shù)。軟件的分析功能主要有測(cè)試件減振性能分析，信號(hào)相關(guān)性分析、信號(hào)功率譜分析。 一般的工作過(guò)程為輸出激勵(lì)信號(hào)，采集信號(hào)，保存信號(hào)，取出信號(hào)，數(shù)字濾波，信號(hào)分析。用 戶操作面板主要由信號(hào)顯示部分與參數(shù)設(shè)定部分組成，其中參數(shù)設(shè)定部分包括數(shù)據(jù)采集參 數(shù)設(shè)定與數(shù)據(jù)分析參數(shù)設(shè)定及結(jié)果顯示。非線性減振器動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)和外圍輸入和輸出通道組成。輸 入通道接受和采集來(lái)自各種傳感器和有關(guān)環(huán)節(jié)送來(lái)的各種信號(hào)和信息，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的分 析、判斷、計(jì)算和處理，然后通過(guò)輸出通道發(fā)出各種控制信號(hào)和命令、以完成預(yù)定的測(cè)控任 務(wù)，包括對(duì)各種測(cè)控系統(tǒng)硬件的驅(qū)動(dòng)、診斷和對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以后的數(shù)字、圖標(biāo)、圖像、 圖形和文件的形式顯示、記錄和打印，對(duì)受控過(guò)程或試驗(yàn)對(duì)象以某種規(guī)律或控制算法進(jìn)行 控制，上述這些任務(wù)需要驅(qū)動(dòng)、診斷和處理軟件以及算法軟件來(lái)完成。這些軟件是運(yùn)行在計(jì) 算機(jī)上的測(cè)控系統(tǒng)軟件。下面詳細(xì)描述硬件部分A、主測(cè)控機(jī)為IBM-PC微機(jī)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)控，系統(tǒng)采用位置 反饋控制，因此位移信號(hào)通過(guò)適當(dāng)處理轉(zhuǎn)化為調(diào)整指令發(fā)送到伺服控制器。實(shí)驗(yàn)裝置主體 動(dòng)作指令由微機(jī)發(fā)出，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的D/A接口進(jìn)入控制放大器進(jìn)行信號(hào)放大和調(diào)節(jié)； 輸出電流信號(hào)，使實(shí)驗(yàn)裝置主體沿要求的方向和位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)減振器運(yùn)動(dòng)，并分別通 過(guò)與實(shí)驗(yàn)裝置主體固連的位移傳感器和速度傳感器測(cè)量位移和速度，通過(guò)主機(jī)調(diào)整螺桿上 固定的力傳感器測(cè)量阻尼力，檢測(cè)得到位移信號(hào)，速度信號(hào)和阻尼力信號(hào)通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)理， 分別進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡的三路A/D接口 ；計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到要求的減振器特性曲線。B、位移傳感器主要用來(lái)測(cè)量活塞缸的位移大小及方向。選用WYW-20D型差動(dòng)變壓 器式位移傳感器。表1位移傳感器主要參數(shù)為
參數(shù)類型量程線性度動(dòng)態(tài)頻率靈敏度直流電壓數(shù)值0 +2 Omm0. 3%0 □ 200HZ2 OmVAnmIOVC、速度傳感器速度傳感器主要用來(lái)測(cè)量活塞缸的速度大小及方向。選用SD-100型線速度傳感
ο表2速度傳感器主要參數(shù)為參數(shù)類型旦壬口 里fe負(fù)載阻抗靈敏度線性精度數(shù)值0 4m/ s100K ΩIOOOmV/(m/s)1%D、壓力傳感器壓力傳感器主要用來(lái)測(cè)量減振器的阻尼力。選用Y-YD-7044型壓電式壓力傳感
ο表3壓力傳感器主要參數(shù)為
參數(shù)類型量程范圍靈敏度固有頻率上升時(shí)間抗沖擊信號(hào)輸出數(shù)值IOOMPa20pC/MP> 40KHz< 10μ s< 2000gL5E、數(shù)據(jù)采集卡的選擇及主要參數(shù)采用NI公司的PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡，是一款高速M(fèi)系列多功能DAQ板卡，在 高采樣率下也能保持高精度。總線類型為PCI總線；測(cè)量類型為電壓，正交編碼器；支持 LabView。16位，250kS/s，16路模擬輸入，2路16位模擬輸出(833kS/s)；高達(dá)24路數(shù)字I/ 0 ；32位計(jì)數(shù)器；數(shù)字觸發(fā)，NI-DAQmx測(cè)量服務(wù)使配置和測(cè)量更簡(jiǎn)單。表4模擬輸入輸出詳細(xì)參數(shù)
模擬輸入模擬輸出通道數(shù)16 SE/8 DI通道數(shù)2釆樣率250 kS/s更新率833 kS/s分辨率16 bits分辨率16 bits同步釆樣否最大電壓范圍-10..10 V最大電壓范圍-10..10 V精度范圍3230 μV精度范圍3100 μν敏感度范圍3230 μV敏感度范圍97.6 μν最小電壓范圍-10..10 V最小電壓范圍-200..200 mV精度范圍13230 μV精度范圍1112 μν敏感度范圍13230 μV敏感度范圍15.2 μν電流驅(qū)動(dòng)(通道/ 總計(jì))5 mA量程數(shù)4板上存儲(chǔ)量4095樣本
F、采樣方式循環(huán)采樣、同步采樣和間隔掃描三種方式選擇。當(dāng)通道間的時(shí)間關(guān)系很重要時(shí)，就需要用到同步采樣方式。支持這種方式的數(shù)據(jù) 采集卡每個(gè)通道使用獨(dú)立的放大器和S/H電路，經(jīng)過(guò)一個(gè)多路開(kāi)關(guān)分別將不同的通道接入 A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖2是循環(huán)采樣示意圖。圖3給出兩個(gè)通道同步采樣的示意圖。圖4是間 隔掃描示意圖。還有一種數(shù)據(jù)采集卡，每個(gè)通道各有一個(gè)獨(dú)立的A/D，這種數(shù)據(jù)采集卡的同 步性能更好。但是成本顯然更高。下面詳細(xì)描述軟件部分測(cè)控系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)采用虛擬儀器編程語(yǔ)言LabVivew軟件。LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界 和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于 應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。圖形化的 程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言。LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。利用LabVIEW，可產(chǎn)生 獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提 供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。軟件結(jié)構(gòu)框架圖如圖5所示。(a)軟件設(shè)計(jì)總體規(guī)劃本系統(tǒng)用PCI-6251多功能DAQ板卡來(lái)對(duì)位移，速度，阻尼 力三路模擬信號(hào)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且從通過(guò)板卡輸出位移激勵(lì)信號(hào)。(b)數(shù)據(jù)采集模塊功能模擬量的采集和開(kāi)關(guān)量的采集。在測(cè)試平臺(tái)中做出是多 個(gè)示波器，將信號(hào)實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)從通道內(nèi)讀出后，將數(shù)據(jù)及時(shí)，完整的保存下來(lái)，保 證數(shù)據(jù)不能丟失。激勵(lì)信號(hào)輸出模塊可以發(fā)出一個(gè)正弦波信號(hào)為激振器的激勵(lì)信號(hào)，并使 得它的頻率以一定的步長(zhǎng)從0遞增到60HZ(或更高)。此激勵(lì)信號(hào)輸出到功率放大器再傳 送到伺服閥，通過(guò)驅(qū)動(dòng)主機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力源產(chǎn)生振動(dòng)。(c)數(shù)據(jù)分析模塊可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)讀取數(shù)據(jù)存盤文件，將數(shù)據(jù)波形顯示出來(lái)；對(duì)采 集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，消除干擾信號(hào)，從中分離出有用的信息；用LabVIEff中信號(hào)分析 函數(shù)，對(duì)存盤文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)分析包括功率譜、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)分析，以得到信 號(hào)的頻域和時(shí)域特性。分析測(cè)試件的示功特性。分析測(cè)試件的阻尼特性。(d)主界面模塊特點(diǎn)和功能完成虛擬儀器面板的設(shè)計(jì)，美觀、大方、實(shí)用，并設(shè)計(jì) 用戶菜單和使用面板旋鈕，使用戶能夠方便的使用操縱儀器工作。LabView中有相應(yīng)的報(bào)表 vi，生成的報(bào)表可以以html格式存儲(chǔ)在硬盤上或者將數(shù)據(jù)直接存盤到寫字板中。數(shù)據(jù)打印 也分為報(bào)表的打印和數(shù)據(jù)波形的打印。報(bào)表的打印可以直接在寫字板中打出。波形的打印 主要是數(shù)據(jù)回放的波形打印。具體工作過(guò)程如圖6所示(a)程序運(yùn)行后首先進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的初始化，包括數(shù)據(jù)采集卡的初始設(shè)置，激勵(lì)信 號(hào)的幅度，相位，頻率初始值的設(shè)置，濾波器的濾波范圍設(shè)置，頻率的控制方式，選項(xiàng)卡的狀 態(tài)選擇，開(kāi)關(guān)量的初始狀態(tài)等。相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始設(shè)定是對(duì)后面程序正確有序的運(yùn)行做準(zhǔn) 備。等待開(kāi)始子程序是程序運(yùn)行后，程序循環(huán)查詢工作條件是否滿足，一旦滿足結(jié)束循環(huán)， 按照指定的工作方式進(jìn)行工作。若選擇數(shù)據(jù)分析的工作方式，則程序要檢查的項(xiàng)包括分析 文件路徑和分析的相關(guān)參數(shù)是否正確；若選擇數(shù)據(jù)采集的工作方式，則程序要檢查的項(xiàng)包 括文件保存路徑和采集的相關(guān)參數(shù)是否正確。
(b)數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)這里的緩沖指的是PC內(nèi)存的一個(gè)區(qū)域(不是數(shù)據(jù)采集 卡上的FIFO緩沖)，它用來(lái)臨時(shí)存放數(shù)據(jù)。為了避免混疊(alias)和出現(xiàn)的混頻偏差(alias frequency)在信號(hào)被采集(A/D)之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率 的信號(hào)成分濾去。用于觸發(fā)特定的裝置或儀器，在這里，就是數(shù)據(jù)采集卡。軟件觸發(fā)可以直 接用軟件，例如使用布爾面板控制去啟動(dòng)/停止數(shù)據(jù)采集。也可以用硬件觸發(fā)讓板卡上的 電路管理觸發(fā)器，控制了采集事件的時(shí)間分配，有很高的精確度。(c)數(shù)據(jù)分析模塊的設(shè)計(jì)，列出該模塊的讀取波形文件并將四路信號(hào)分離框圖，如 圖7所示。從波形文件中讀出信號(hào)并從中分離出四路信號(hào)即激勵(lì)信號(hào)，位移信號(hào)，速度信 號(hào)，阻尼力信號(hào)。位移信號(hào)，速度信號(hào)，阻尼力信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)行顯示與分析。(d)數(shù)字濾波功能及設(shè)計(jì)由于在硬件上采用了低通濾波器等抗干擾措施，大幅 度削弱了高頻干擾，但是還不能滿足系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的要求，所以在運(yùn)算前再進(jìn)行數(shù)字濾波，將 軟件抗干擾措施和硬件抗干擾措施結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步消除擾動(dòng)的影響。本系統(tǒng)采用算術(shù)平 均濾波法進(jìn)行帶通濾波，帶通濾波中的最高截止頻率與最低截止頻率由用戶自己設(shè)定。(e)信號(hào)特性分析功能與顯示部分，分別研究和設(shè)計(jì)了 自相關(guān)分析，如果信號(hào)中 有周期成分，其自相關(guān)函數(shù)在τ很大時(shí)都不衰減，并具有明顯的周期性。不含周期成分的 隨機(jī)信號(hào)在τ稍大時(shí)自相關(guān)函數(shù)就趨近于零。在本系統(tǒng)中用自相關(guān)分析位移、速度、阻尼 力信號(hào)，以獲得信號(hào)中的周期成分。自相關(guān)函數(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用是檢驗(yàn)信號(hào)中是否含有周 期成分。若x(t)為隨機(jī)信號(hào)，當(dāng)時(shí)移τ很大時(shí)，x(t)與x(t+τ)之間就不存在內(nèi)在聯(lián)系了， 彼此無(wú)關(guān)。如果對(duì)某個(gè)線性系統(tǒng)(例如某個(gè)部件、結(jié)構(gòu)或某臺(tái)機(jī)床)激振，那么所得到的振 動(dòng)信號(hào)中常常含有大量的噪聲干擾。根據(jù)線性系統(tǒng)的頻率保持特性，只有和激振頻率相同 的成分才可能是由于激振而引起的響應(yīng)，其他成分均是干擾。因此只要將激振信號(hào)和響應(yīng) 信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理，就可以得到由激振引起的響應(yīng)幅值和相位差。這樣，就可以得到所研 究的對(duì)象在該激振頻率下從激振點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)間的幅、相傳輸特性。如果改變激振頻率，就可 以得到相應(yīng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。本系統(tǒng)中主要用互相關(guān)函數(shù)分析位移激勵(lì)信號(hào)與采集信號(hào)， 互相關(guān)函數(shù)在工程中有重要的應(yīng)用，它是在噪聲背景下提取有用信息的一個(gè)非常有效的手 段。本系統(tǒng)使用的是直接FFT變換法求得。這種方法計(jì)算量少、簡(jiǎn)便和比較快的直接方法。 但是這種方法使信號(hào)原來(lái)集中在小范圍的功率，擴(kuò)散到較大的頻帶內(nèi)，即所謂的泄漏功率， 它使譜估計(jì)與真值之間的誤差加大。為此，采取窗處理的辦法。在時(shí)域加窗相當(dāng)于促使頻域 收斂得快一些，其物理含義是對(duì)功率譜給予平滑濾波，減少功率泄漏。示功特性與阻尼特性 分析示功圖反映了液壓阻尼、摩擦阻力和彈性阻力的綜合作用，彈性力使示功圖產(chǎn)生傾斜; 靜摩擦力使示功圖兩端產(chǎn)生突變；阻尼特性表現(xiàn)出非線性特征和遲滯特性，特別是壓縮行 程遲滯特性顯著。(f)用戶界面設(shè)計(jì)用戶界面主要包括三個(gè)主要部分波形顯示部分，數(shù)據(jù)采集操 作面板，數(shù)據(jù)分析操作面板。設(shè)計(jì)的整體效果如圖8和圖9所示。(g)橡膠減振器測(cè)控系統(tǒng)軟件的調(diào)試運(yùn)行于驗(yàn)證采用了計(jì)算機(jī)虛擬測(cè)控系統(tǒng)仿 真調(diào)試運(yùn)行驗(yàn)證.本次調(diào)試運(yùn)行驗(yàn)證采用了位移激勵(lì)，由測(cè)控系統(tǒng)的輸入端作為模擬信號(hào) 輸入，運(yùn)行結(jié)論如圖7和圖8所示，得到了滿意的結(jié)論，驗(yàn)證了該車輛橡膠減振器動(dòng)態(tài)性能 測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)試和數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)的正確性產(chǎn)品的使用過(guò)程或方式
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(a)本測(cè)試系統(tǒng)軟件采用了自上而下的模塊化程序設(shè)計(jì)思想，用戶可以在計(jì)算機(jī) 上實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的輸出、振動(dòng)信號(hào)的采集、分析處理以及信號(hào)的顯示與存取等操作。用戶 可根據(jù)測(cè)試的具體要求設(shè)定激勵(lì)信號(hào)的頻率，幅值等參數(shù)。軟件的分析功能主要有試件減 振器性能分析，系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，信號(hào)相關(guān)性分析、信號(hào)功率譜分析。一般的工作過(guò)程為輸 出激勵(lì)信號(hào)，采集信號(hào)，保存信號(hào)，取出信號(hào)，數(shù)字濾波，信號(hào)分析。用戶操作面板主要由信 號(hào)顯示部分與參數(shù)設(shè)定部分組成，其中參數(shù)設(shè)定部分包括數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)定與數(shù)據(jù)分析參 數(shù)設(shè)定及結(jié)果顯示。(b)具體使用步驟是程序運(yùn)行后首先進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的初始化，包括數(shù)據(jù)采集卡 的初始設(shè)置，激勵(lì)信號(hào)的幅度，相位，頻率。初始值的設(shè)置，濾波器的濾波范圍設(shè)置，頻率的 控制方式，選項(xiàng)卡的狀態(tài)選擇，開(kāi)關(guān)量的初始狀態(tài)等。相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始設(shè)定是對(duì)后面程序 正確有序的運(yùn)行做準(zhǔn)備。按照橡膠減振器的工況變形和振動(dòng)要求，設(shè)計(jì)其裝夾位置和方向， 夾好試件后，開(kāi)始測(cè)試。獲得全部動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的波形文件，進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)特性分析，獲 得需要的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)性能和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。另外該套設(shè)備也可將實(shí)驗(yàn)室外的工況環(huán)境下獲得的波 形文件，作為輸入，研究其實(shí)際的動(dòng)態(tài)性能及關(guān)系。在數(shù)據(jù)分析時(shí)應(yīng)先回放激勵(lì)信號(hào)與濾波前后的位移信號(hào)、濾波前后的阻尼力信 號(hào)、回放濾波前后的速度信號(hào)。其中基頻顯示各路信號(hào)的基本頻率；當(dāng)想要顯示某個(gè)信號(hào)， 將信號(hào)圖中的某信號(hào)復(fù)選框打鉤。按下調(diào)整按鈕可調(diào)整圖形坐標(biāo)軸的標(biāo)尺，以便完整合理 的顯示波形。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，選擇數(shù)據(jù)采集。首先進(jìn)行采集相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，激勵(lì)信號(hào)的 參數(shù)設(shè)定，采集數(shù)據(jù)保存路徑，需采集的信號(hào)參數(shù)設(shè)定。采集開(kāi)關(guān)是用來(lái)控制數(shù)據(jù)采集開(kāi)始 與結(jié)束?？刂萍?lì)信號(hào)頻率的方式有手動(dòng)與自動(dòng)。其中自動(dòng)控制方式中頻率是按照固定變 化規(guī)律自動(dòng)變化，并自動(dòng)停止采集。在手動(dòng)控制中還可以設(shè)定采集的時(shí)間。數(shù)據(jù)分析操作 可以在工作狀態(tài)選項(xiàng)中選擇數(shù)據(jù)分析。分析前需選擇待分析的文件。要設(shè)置的參數(shù)主要有 濾波器的截止頻率。分析開(kāi)關(guān)可以控制分析開(kāi)始與結(jié)束的開(kāi)關(guān)。分析時(shí)間可以顯示分析已 進(jìn)行的時(shí)間。右邊是信號(hào)的相關(guān)性分析，功率譜分析，減振性能分析。分析的結(jié)果都以圖形 的形式顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)采集報(bào)表主要記錄激勵(lì)信號(hào)與采集信號(hào)的頻率，幅度，初相的信息及 其隨時(shí)間的變化情況。還包含采集的開(kāi)始時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，持續(xù)時(shí)間，頻率控制方式等。在 計(jì)算機(jī)的操作面板中，直接點(diǎn)擊數(shù)據(jù)報(bào)表，即可顯示報(bào)表內(nèi)容，也可以打印出數(shù)據(jù)報(bào)表。本產(chǎn)品的用途本套設(shè)備可以測(cè)試多個(gè)動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，并能夠進(jìn)行較復(fù)雜的后處理分析。運(yùn)動(dòng)參 數(shù)的可控性好，諸如頻率在IOHz以上橡膠減振器的動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)，在隨機(jī)激擾下的試驗(yàn)， 與不同的動(dòng)力和主體系統(tǒng)配合，還可擴(kuò)充耐久性試驗(yàn)等，即系統(tǒng)的可擴(kuò)充性好。測(cè)出的這些 參數(shù)，可以為橡膠膠減振器的性能研究及其車輛動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。用于 車輛橡膠減振器的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試和分析，為車輛系統(tǒng)減振設(shè)計(jì)和指導(dǎo)車輛橡膠減振器生產(chǎn) 提供動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)參考。該軟件可以測(cè)試和顯示的項(xiàng)目有基頻，濾波前信號(hào)，濾波后信號(hào)，阻尼力_時(shí)間關(guān) 系，加載速度-時(shí)間關(guān)系，橡膠減振器示功圖，阻尼特性圖，功率譜分析，相關(guān)性分析，數(shù)據(jù) 采集報(bào)表主要記錄激勵(lì)信號(hào)與采集信號(hào)的頻率，幅度，初相的信息及其隨時(shí)間的變化情況。 還包含采集的開(kāi)始時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，持續(xù)時(shí)間，頻率控制方式等信息。在此控制系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上還可以進(jìn)一步完善和開(kāi)發(fā)更多參數(shù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)均衡迭代處理，在線報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)在線高精度控制。本產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)在于(a)本測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)詳盡完成了總體設(shè)計(jì)，各個(gè)硬件測(cè)控設(shè)備的設(shè)計(jì)選型；(b)進(jìn)行了參數(shù)初始化程序，等待開(kāi)始程序，相關(guān)參數(shù)初始化程序，數(shù)據(jù)采集總體 程序，數(shù)據(jù)分析總體程序的流程設(shè)計(jì)；(c)進(jìn)行了參數(shù)初始化程序，等待開(kāi)始程序，相關(guān)參數(shù)初始化程序，數(shù)據(jù)采集總體 程序，數(shù)據(jù)分析總體程序的框圖設(shè)計(jì)；(d)利用計(jì)算機(jī)模擬仿真設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了該虛擬測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行是可行的；(e)設(shè)計(jì)出了軟件測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)控操作面板。
權(quán)利要求
車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)、伺服控制放大器、多功能數(shù)據(jù)采集卡、主控計(jì)算機(jī)、操控系統(tǒng)軟件和測(cè)試分析系統(tǒng)軟件；所述傳感器與所述動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)連接到實(shí)驗(yàn)裝置主體；所述傳感器還連接所述信號(hào)調(diào)量電路，所述動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)還連接所述伺服控制放大器；所述信號(hào)調(diào)理電路和所述伺服控制放大器連接到所述多功能數(shù)據(jù)采集卡；所述多功能數(shù)據(jù)采集卡連接到所述主控計(jì)算機(jī)；所述主控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)有動(dòng)態(tài)性能測(cè)控軟件，該軟件通過(guò)所述多功能數(shù)據(jù)采集卡對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置主體進(jìn)行測(cè)控，信號(hào)通過(guò)適當(dāng)處理轉(zhuǎn)化為調(diào)整指令發(fā)送到所述伺服控制放大器；實(shí)驗(yàn)裝置主體動(dòng)作指令由所述主控計(jì)算機(jī)發(fā)出，通過(guò)所述多功能數(shù)據(jù)采集卡的D/A接口進(jìn)入所述伺服控制放大器進(jìn)行信號(hào)放大和調(diào)節(jié)；輸出電流信號(hào)，使實(shí)驗(yàn)裝置主體沿要求的方向和位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)減振器運(yùn)動(dòng)，并分別通過(guò)與實(shí)驗(yàn)裝置主體固連的傳感器測(cè)量信號(hào)，信號(hào)通過(guò)所述信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，分別進(jìn)入所述多功能數(shù)據(jù)采集卡的三路A/D接口；所述主控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到要求的減振器特性曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于所述傳 感器包括位移傳感器、速度傳感器、阻尼力傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于所述動(dòng) 態(tài)性能測(cè)試軟件包括主界面模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊；所述主界面模塊完成虛擬儀器面板的設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)用戶菜單和使用面板旋鈕，使用戶 能夠方便的使用操縱儀器工作；所述數(shù)據(jù)采集模塊模擬量的采集和開(kāi)關(guān)量的采集；在測(cè)試平臺(tái)中做出是多個(gè)示波 器，將信號(hào)實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)；數(shù)據(jù)從通道內(nèi)讀出后，將數(shù)據(jù)及時(shí)完整的保存下來(lái)，保證數(shù)據(jù) 不能丟失；所述數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)讀取數(shù)據(jù)存盤文件，將數(shù)據(jù)波形顯示出來(lái)；對(duì)采集來(lái)的信號(hào) 進(jìn)行帶通濾波，消除干擾信號(hào)，從中分離出有用的信息；用LabVIEW中信號(hào)分析函數(shù)，對(duì)存 盤文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)信號(hào)分析包括功率譜、自相關(guān)分析、互相關(guān)分析等，以得到信號(hào)的 頻域和時(shí)域特性。
全文摘要
車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)，包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)、伺服控制放大器、多功能數(shù)據(jù)采集卡、主控計(jì)算機(jī)；所述傳感器與所述動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)連接到實(shí)驗(yàn)裝置主體；所述傳感器還連接所述信號(hào)調(diào)理電路，所述動(dòng)力或信號(hào)發(fā)生控制系統(tǒng)還連接所述伺服控制放大器；所述信號(hào)調(diào)理電路和所述伺服控制放大器連接到所述多功能數(shù)據(jù)采集卡；所述多功能數(shù)據(jù)采集卡連接到所述主控計(jì)算機(jī)；本發(fā)明提供一種車輛橡膠減振器專用動(dòng)態(tài)性能測(cè)控系統(tǒng)，根據(jù)具體工況環(huán)境進(jìn)行橡膠減振器多參數(shù)的動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)研究，獲得其動(dòng)態(tài)特性及其關(guān)系較完整的系統(tǒng)分析，實(shí)現(xiàn)車輛橡膠減振器合理化設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G01M17/04GK101963547SQ20101029910
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者丁志剛, 余羅兼, 劉彬斌, 巫盛濤, 張福江, 朱聰玲, 李麗娜, 池德汝, 肖雪青, 蘇發(fā), 薛永生, 貴文勝 申請(qǐng)人:福建工程學(xué)院