作者：周躍鋼，陽(yáng)松林，鄒利亞，王建華，王立

挑戰(zhàn):
發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試，?需要?創(chuàng)建?測(cè)試?方法、?開發(fā)?測(cè)試?平臺(tái)，?解決?常規(guī)?測(cè)試?方法?無(wú)法?實(shí)施?的?測(cè)量?項(xiàng)目。?目前?可供?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?借鑒?的?試驗(yàn)?方法?和?測(cè)試?技術(shù)，?不能?完全?滿足?部件?商品?改進(jìn)?和?產(chǎn)品?開發(fā)?需求，?存在?的?主要?問(wèn)題： ①?重視?整?車、?整?機(jī)?測(cè)試，?輕視?部件?測(cè)試。?部件?測(cè)試?技術(shù)?前期?開發(fā)?不足，?構(gòu)?建?測(cè)試?系統(tǒng)?應(yīng)付?了?事。?測(cè)試?功能?由?廠商?定義?的?菜單?式?儀器，?不?具備?二次?開發(fā)?特性，?設(shè)備?資源?利用?率?低。?②?測(cè)試?數(shù)據(jù)?重復(fù)?性差。?導(dǎo)致?部件?同一?測(cè)量?部位，?同一?測(cè)試?工?況?測(cè)量?數(shù)據(jù)?比對(duì)?一致性?差。?③?測(cè)試?效率?低。?存在?數(shù)據(jù)?采集?與?計(jì)算?存儲(chǔ)?速率?匹配?矛盾，?高?頻?采樣?與?冗?余?數(shù)據(jù)?產(chǎn)生?矛盾。?④?部件?測(cè)試?核心?技術(shù)?儲(chǔ)備?不足。?急需?開展?的?部件?測(cè)試?因?存在?技術(shù)?瓶頸?無(wú)法?實(shí)施，?開發(fā)?測(cè)試?方法?面臨?一?無(wú)?經(jīng)驗(yàn)?二?無(wú)?專?項(xiàng)?測(cè)試?技術(shù)?傳承，?存在?應(yīng)用?空白。

解決?方案:
創(chuàng)建?基于?cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)，?開發(fā)?用戶?軟件?自?定義、?以?LabVIEW 軟件?為?核心?的?自動(dòng)?化?測(cè)試?系統(tǒng)?架構(gòu)?設(shè)計(jì)，?設(shè)計(jì)?研制?測(cè)試?機(jī)械?裝置，?開展?部件?測(cè)試?傳感器?制作。?在?一個(gè)?開放?式?的?cDAQ?平臺(tái)?上?集成?多種?I/?O 模?塊?和?測(cè)試?功能，?創(chuàng)建?測(cè)試?方法、?設(shè)計(jì)?控制?算法、?編?程?測(cè)?控?軟件，?為?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?復(fù)雜?技術(shù)?問(wèn)題?提供?軟件?自?定義?的?靈活?解決?方案。?項(xiàng)目?實(shí)施?過(guò)程?中，?應(yīng)用?基于?cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)，?開展?中型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?及?端?蓋?應(yīng)力、?中型?和?重型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)力?測(cè)試，?中?重型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?止?推?片?溫度、?缸?蓋?溫度、?渦輪?增?壓?器?壓力?溫度?測(cè)試，?拓展?應(yīng)用?于?整?車?車?架?應(yīng)力?測(cè)試，?形成?了?具有?自主?知識(shí)?產(chǎn)權(quán)?的?一?整套?從?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)?開發(fā)、?測(cè)量?方法?創(chuàng)建?到?測(cè)試?應(yīng)用?評(píng)價(jià)?體系?建立，?項(xiàng)目?綜合?體現(xiàn)?了?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)?最新?測(cè)?控?技術(shù)?的?實(shí)際?應(yīng)用。

1．?引言
發(fā)動(dòng)?機(jī)?質(zhì)量?水平?依賴?于?各個(gè)?部件?質(zhì)量?優(yōu)?劣，?部件?測(cè)試?越?深入，?整?機(jī)?可靠性?耐久性?暴露?問(wèn)題?越?少。?隨著?商品?發(fā)動(dòng)?機(jī)?改進(jìn)、?新品?發(fā)動(dòng)?機(jī)?開發(fā)?和?競(jìng)?品?發(fā)動(dòng)?機(jī)?分析?的?測(cè)試?需求?增加，?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?的?作用?日趨?凸顯。?這?給?傳統(tǒng)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?帶來(lái)?了?前所未有?的?挑戰(zhàn)，?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?必須?與?時(shí)?俱?進(jìn)、?拓展?新?功能?和?進(jìn)行?方法?的?創(chuàng)新。

發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試，?一種?是?使用?菜單?式?儀器?拿來(lái)?即?用，?無(wú)?需?編?程、?使用?簡(jiǎn)單。?第二?種?需要?構(gòu)?建?測(cè)試?平臺(tái)，?根據(jù)?控制?對(duì)象?靈活?組合?測(cè)?控?模?塊，?在?同一?平臺(tái)?實(shí)現(xiàn)?軟件?自?定義?的?多?參數(shù)?測(cè)量?控制?和?不同?采樣?率?設(shè)置、?可?定義?的?分析、?可?視?化?和?文件?I/?O，?該?方式?代表?了?當(dāng)今?國(guó)內(nèi)外?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?的?主流?技術(shù)。

開發(fā)?基于 cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)，?首先?一個(gè)?通用?平臺(tái)?滿足?各種?測(cè)試?需求。?用戶?根據(jù)?測(cè)試?對(duì)象?組合?測(cè)?控?模?塊，?進(jìn)行?各種?測(cè)試?的?控制?程序?開發(fā)，?開展?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?方法?創(chuàng)新。?其次?解決?測(cè)試?數(shù)據(jù)?重復(fù)?性差?的?問(wèn)題。?應(yīng)用?比值?測(cè)量?消除?A/?D 量化?誤差、?比值?計(jì)算?增加?測(cè)量?數(shù)據(jù)?穩(wěn)定，?提高?測(cè)量?精度。?第三?解決?如何?提高?測(cè)量?效率?的?問(wèn)題。?創(chuàng)建?基于?隊(duì)列?的?數(shù)據(jù)?采集?和?計(jì)算?存儲(chǔ)?方法，?隊(duì)列?的?緩沖?作用，?兼顧?數(shù)據(jù)?采集?與?計(jì)算?存儲(chǔ)?的?速率?匹配?矛盾，?采集、?計(jì)算?存儲(chǔ)?并行?進(jìn)行。?創(chuàng)建?自?適應(yīng)?數(shù)據(jù)?采集?頻率?設(shè)置?測(cè)量?方法，?設(shè)置?高?頻?采樣?和?降?頻?采樣?頻率，?進(jìn)行?傅?里?葉?功率?譜?密度?函數(shù)、?互?相關(guān)?函數(shù)、?相關(guān)?系數(shù)、?均?方?差?計(jì)算，?開展?頻?域?時(shí)?域?相關(guān)?性?分析。?相關(guān)?性?吻合?采用?降?頻?采樣?頻率，?減少?無(wú)?謂?的?冗?余?數(shù)據(jù)?海量?計(jì)算?存儲(chǔ)。?第四?應(yīng)用?于?技術(shù)?難度?大?過(guò)去?無(wú)法?實(shí)施?的?測(cè)試?項(xiàng)目。?發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?測(cè)試?打破?技術(shù)?壁壘?封鎖，?攻克?部件?傳感器?制作?瓶頸?開拓?測(cè)試?新?功能，?部分?項(xiàng)目?填補(bǔ)?了?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?的?應(yīng)用?空白，?是?面向?特殊?測(cè)試?的?創(chuàng)新?技術(shù)?應(yīng)用?范?例。

基于 cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)?的?開發(fā)?與?應(yīng)用，?解決?由?使用?固定?軟件?且?功能?廠商?定義?的?測(cè)試?平臺(tái)?無(wú)法?完成?的?測(cè)試?難題，?開展?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)?開發(fā)、?測(cè)試?方法?創(chuàng)建?和?測(cè)試?應(yīng)用?評(píng)價(jià)?體系?的?建立。

2．?測(cè)試?系統(tǒng)
2.1 cDAQ 平臺(tái)
?cDAQ（Compact Data Acquisition）?平臺(tái)，?美國(guó)?國(guó)家?儀器?公司?創(chuàng)建?的?多功能?便?攜?式?數(shù)據(jù)?采集?平臺(tái)，?見?圖?2.1。?包含?NI CompactDAQ 機(jī)?箱、?NI c 系列?熱?插?撥?I/?O 模?塊，?USB 接口?控制，?連接?基于?LabVIEW 圖形?化?編?程?語(yǔ)言?的?主機(jī)。?基于?cDAQ 平臺(tái)?的?測(cè)試?及?控制?解決?方案，?可以?實(shí)現(xiàn)?用戶?軟件?定義?的?數(shù)據(jù)?采集、?數(shù)據(jù)?記錄、?數(shù)據(jù)?分析?和?測(cè)量?顯示，?適合?于?多功能?的?數(shù)據(jù)?采集?應(yīng)用?和?信號(hào)?控制。

?圖 2.1 cDAQ 模?塊?化?平臺(tái)

?圖 2.2 開發(fā)?基于?cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)

?圖 3.1 比值?測(cè)量?計(jì)算

NI CompactDAQ 機(jī)?箱?控制?用戶?自?定義?定?時(shí)、?同步?和?多?達(dá)?8 個(gè)?c 系列?I/?O 模?塊?之間?數(shù)據(jù)?傳輸，?同時(shí)?管理?多個(gè)?定?時(shí)?引擎，?在?相同?系統(tǒng)?內(nèi)?運(yùn)行?多?達(dá)?7 個(gè)?不同?采樣?率?的?硬件?定?時(shí)?I/?O 任務(wù)。

NI C 系列?50 多種?熱?插?撥?I/?O 模?塊，?BNC 接口?或?螺絲?端子?接口?直接?連接?傳感器，?模?塊?內(nèi)?置?抗?混?疊?濾波?器、?信號(hào)?調(diào)理?和?A/?D 轉(zhuǎn)換?器，?通道?間?隔離?或?組?隔離、?帶有?終端?連接?器，?測(cè)量?信號(hào)?包括?溫度、?負(fù)荷、?壓力、?應(yīng)力、?扭矩、?加速度、?數(shù)字?I/?O、?計(jì)數(shù)?和?定?時(shí)、?CAN 通訊?等，?適應(yīng)?不同?類型?的?物理?信號(hào)?測(cè)試?系統(tǒng)?要求。

cDAQ 平臺(tái)?需要?根據(jù)?控制?對(duì)象?和?檢測(cè)?功能?積木?式?組合?I/?O 接口?模?塊，?測(cè)試?效率?取決?于?測(cè)試?方法?創(chuàng)建、?LabVIEW 軟件?結(jié)構(gòu)?設(shè)計(jì)?和?編?程?技巧。

2.2 系統(tǒng)?開發(fā)

應(yīng)用?美國(guó)?國(guó)家?儀器?公司?NI cDAQ 開放?式?模?塊?化?數(shù)據(jù)?采集?硬件?平臺(tái)?和?LabVIEW 圖形?化?編?程?軟件，?開發(fā)?用戶?軟件?自?定義?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)，?見?圖?2.2。?該?系統(tǒng)?體現(xiàn)?以?LabVIEW 圖形?化?編?程?軟件?為?核心?的?自動(dòng)?化?測(cè)試?系統(tǒng)?架構(gòu)?設(shè)計(jì)，?在?cDAQ 平臺(tái)?上?根據(jù)?部件?測(cè)?控?參數(shù)?組合?接口?模?塊，?用戶?只做?部件?測(cè)試?方法、?控制?算法?和?控制?程序?的?頂?層?設(shè)計(jì)，?以及?部件?測(cè)試?機(jī)械?裝置?開發(fā)?和?測(cè)試?傳感器?制作?的?底層?設(shè)計(jì)，?為?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?復(fù)雜?技術(shù)?問(wèn)題?提供?解決?方案。?應(yīng)用?創(chuàng)新?技術(shù)?實(shí)現(xiàn)?部件?產(chǎn)品?應(yīng)力、?壓力、?負(fù)荷、?溫度、?轉(zhuǎn)?速、?扭矩、?數(shù)字?I/?O、?振動(dòng)?和?加速度?等?性能?參數(shù)?測(cè)試?考核，?解決?由?使用?固定?軟件?且?功能?由?廠商?定義?的?傳統(tǒng)?測(cè)試?平臺(tái)?無(wú)法?完成?的?測(cè)試?難題。

基于 cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)，?包含?NI cDAQ 9172 機(jī)?箱?和?NI c 系列?模?塊，?圖形?化?編?程?軟件?LabVIEW2011，?完成?部件?測(cè)試?開發(fā)?研制?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?裝置，?制作?發(fā)動(dòng)?機(jī)?缸?蓋、?止?推?片?K 型?熱電?偶?溫度?傳感器?和?高壓?油管?應(yīng)變?傳感器，?以及?Pt100 鉑?電阻、?1/4 橋?電阻?應(yīng)變?片?和?應(yīng)變?花、?壓力?變?送?器、?K?型?鎧?裝?熱電?偶?等?傳統(tǒng)?傳感器。?cDAQ 9172 機(jī)?箱?8 槽?位，?能?控制?多?達(dá)?8 個(gè)?熱?插?撥?c 系列?I/?O 模?塊?之間?數(shù)據(jù)?傳輸?以及?模?塊?數(shù)據(jù)?采集?的?定?時(shí)、?同步?功能。?NI c 系列?NI 9219、?NI 9234、?NI 9235、?NI 9237、?NI 9477 等?即?插?即?用?模擬、?數(shù)字?I/?O 測(cè)?控?模?塊，?滿足?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?需求。?未來(lái)?還?將?根據(jù)?部件?測(cè)試?功能?拓展，?在?線?纜?式?cDAQ?平臺(tái)?上?增加?NI c 系列?模?塊?或?升級(jí)?至?CompactDAQ?控制器。?主機(jī)?PC?運(yùn)行?用戶?自?定義?開發(fā)?的?LabVIEW?測(cè)?控?程序，?通過(guò)?USB 接口?控制?cDAQ 平臺(tái)?實(shí)現(xiàn)?數(shù)據(jù)?采集，?在?同一?平臺(tái)?實(shí)現(xiàn)?多?參數(shù)?測(cè)量?控制?和?不同?采樣?率?設(shè)置。?LabVIEW 測(cè)?控?程序?通過(guò)?調(diào)?用?系統(tǒng)?服務(wù)?與?驅(qū)動(dòng)?層?底層?驅(qū)動(dòng)?函數(shù)，?與?硬件?I/?O 模?塊?實(shí)現(xiàn)?無(wú)縫?集成?控制。

3．?測(cè)試?技術(shù)
3.1 比值?測(cè)量?計(jì)算?方法

3.1.1 比值?測(cè)量

發(fā)動(dòng)?機(jī)?臺(tái)?架?試驗(yàn)?扭矩?及?壓力?測(cè)量、?軸?向?負(fù)荷?加?載?測(cè)量、?主?軸承?座?及?端?蓋?應(yīng)力?測(cè)量、?共?軌?壓力?測(cè)量?和?燃油?消耗量?稱?重?測(cè)量，?以及?整?車?車?架?應(yīng)力?測(cè)量，?所用?傳感器?由?四?個(gè)?橋?臂?的?惠?斯通?電?橋?組成。?根據(jù)?檢測(cè)?組?件?配置?的?單?橋?臂、?雙?橋?臂?或?四?橋?臂?電阻?應(yīng)變?片，?構(gòu)成?1/4 橋、?半?橋?或?全?橋?電路，?目前?存在?的?問(wèn)題：

①?測(cè)量?接口?模?塊?與?測(cè)?點(diǎn)?應(yīng)變?傳感器?之間?導(dǎo)線?壓?降，?導(dǎo)致?應(yīng)變?傳感器?激勵(lì)?電壓?和?A/?D 轉(zhuǎn)換?器?基準(zhǔn)?電壓?非?等?電位，?A/?D 轉(zhuǎn)換?量化?結(jié)果?引入?測(cè)量?誤差。

② 應(yīng)變?傳感器?測(cè)量?值?計(jì)算，?取?激勵(lì)?電壓?設(shè)定?常數(shù)，?激勵(lì)?電壓?波動(dòng)?變化?引入?計(jì)算?誤差。

上述?因素，?導(dǎo)致?部件?同一?測(cè)量?部位，?同一?測(cè)試?工?況?測(cè)量?數(shù)據(jù)?比對(duì)?一致性?差。

比值?測(cè)量?計(jì)算?方法，?見?圖?3.1。?比值?測(cè)量，?根據(jù)?運(yùn)算?放大器?輸入?阻抗?高?輸入?電流?為?零?致使?傳輸?導(dǎo)線?不?產(chǎn)生?壓?降?特點(diǎn)、?應(yīng)用?基準(zhǔn)?電壓?檢測(cè)?器?檢測(cè)?應(yīng)變?傳感器?激勵(lì)?電壓?Vcc，?檢測(cè)?值?實(shí)?時(shí)?跟蹤?激勵(lì)?電壓?波動(dòng)?其?輸出?驅(qū)動(dòng)?作為?A/?D 轉(zhuǎn)換?器?基準(zhǔn)?電壓?Vref。?Vcc 等于?Vref，?A/?D 轉(zhuǎn)換?補(bǔ)償?激勵(lì)?電壓?至?應(yīng)變?傳感器?導(dǎo)線?電阻?Rlead 產(chǎn)生?的?壓?降?引起?的?增益?誤差，?消除?激勵(lì)?電壓?變化?和?溫度?飄移?對(duì)?A/?D 量化?結(jié)果?的?誤差?影響。

圖 3.2 基于?隊(duì)列?的?數(shù)據(jù)?采集?和?計(jì)算?存儲(chǔ)

?圖 3.3 自?適應(yīng)?數(shù)據(jù)?采集?頻率?設(shè)置

?圖 3.4 重型?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)力?測(cè)試?頻?譜?分析

比值?測(cè)量?方法?的?優(yōu)勢(shì)?增加?測(cè)量?穩(wěn)定?性。?激勵(lì)?電壓?變化，?激勵(lì)?電壓?被?檢測(cè)?并?反饋?到?A/?D 轉(zhuǎn)換?器?基準(zhǔn)?電壓?端，?激勵(lì)?電壓?Vcc 與?A/?D 基準(zhǔn)?電壓?Vref 等?電位，?A/?D 量化?精度?不受?激勵(lì)?電壓?變化?影響。

3.1.2 比值?計(jì)算

應(yīng)用 Vin/?Vcc 比值?計(jì)算?方法，?計(jì)算?車?架?應(yīng)力、?發(fā)動(dòng)?機(jī)?扭矩、?軸?向?負(fù)荷、?缸?體?應(yīng)力?和?高壓?油管?應(yīng)力，?將?傳感器?輸出?電壓?對(duì)應(yīng)?的?各種?物理?參數(shù)?替換?成?比值?對(duì)應(yīng)，?其?線性?表達(dá)?式：

y = kx + b

式?中，?y 為?測(cè)量?物理?值，?x 為?應(yīng)變?傳感器?輸出?比值?Vin/?Vcc，?k 為?增益?系數(shù)，?b 為?應(yīng)變?傳感器?零點(diǎn)?失調(diào)?物理?值。

比值?計(jì)算?方法?的?優(yōu)勢(shì)?標(biāo)定?測(cè)量?數(shù)據(jù)?重復(fù)?一致性?好。?對(duì)應(yīng) A/?D 模擬?輸入，?比值?計(jì)算?與?傳感器?激勵(lì)?電壓?Vcc 變化?無(wú)關(guān)，?對(duì)應(yīng)?N、?Nm、?lb、?kg、?Pa 及?Psi 各種?物理?量的?檢測(cè)?計(jì)算?穩(wěn)定，?減少?重復(fù)?標(biāo)定?次數(shù)?或?分段?標(biāo)定?區(qū)域。

發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?應(yīng)變?應(yīng)力?測(cè)量，?應(yīng)用 NI 9237 模?塊?比值?測(cè)量?和?LabVIEW 測(cè)?控?程序?比值?計(jì)算?算法，?提高?測(cè)量?數(shù)據(jù)?重復(fù)?一致性?和?精確?度。

3.2 基于?隊(duì)列?的?數(shù)據(jù)?采集?和?計(jì)算?存儲(chǔ)?方法

發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試，?在?數(shù)據(jù)?采集?和?計(jì)算?存儲(chǔ)?并行?執(zhí)行?的?程序?結(jié)構(gòu)?中，?通過(guò)?局部?變量?傳遞?數(shù)據(jù)，?數(shù)據(jù)?采集?速率?大于?數(shù)據(jù)?計(jì)算?存儲(chǔ)?速率，?產(chǎn)生?遺漏?計(jì)算?采集?數(shù)據(jù)；?數(shù)據(jù)?采集?速率?小?于?數(shù)據(jù)?計(jì)算?存儲(chǔ)?速率，?產(chǎn)生?重復(fù)?計(jì)算?采集?數(shù)據(jù)。?由于?存在?數(shù)據(jù)?采集?與?實(shí)?時(shí)?計(jì)算?存儲(chǔ)?的?速度?匹配?瓶頸，?導(dǎo)致?測(cè)試?效率?降低。

設(shè)計(jì)?基于?隊(duì)列?的?數(shù)據(jù)?采集?和?計(jì)算?存儲(chǔ)?方法，?見?圖?3.2。?生產(chǎn)?者?主?循環(huán)?實(shí)現(xiàn)?數(shù)據(jù)?采集，?并?將?數(shù)據(jù)?放入?隊(duì)列；?消費(fèi)?者?從?循環(huán)?依次?從?隊(duì)列?中?取出?數(shù)據(jù)，?實(shí)現(xiàn)?數(shù)據(jù)?計(jì)算?存儲(chǔ)。?聯(lián)?接?兩?個(gè)?循環(huán)?的是?基于?隊(duì)列?的?數(shù)據(jù)?管道，?主?循環(huán)?數(shù)據(jù)?通過(guò)?隊(duì)列?傳遞?給?從?循環(huán)，?主?循環(huán)?與?從?循環(huán)?并行?執(zhí)行。

基于?隊(duì)列?的 LabVIEW 生產(chǎn)?者 /?消費(fèi)?者?循環(huán)?數(shù)據(jù)?結(jié)構(gòu)，?利用?隊(duì)列?構(gòu)?建?的?FIFO（先入?先?出）?將?數(shù)據(jù)?進(jìn)行?緩?存，?當(dāng)?消費(fèi)?者?的?計(jì)算?存儲(chǔ)?執(zhí)行?速率?小?于?生產(chǎn)?者?數(shù)據(jù)?采集?速率，?隊(duì)列?長(zhǎng)度?將?不斷?增加，?不會(huì)?遺漏?讀?取?采集?數(shù)據(jù)。?當(dāng)?消費(fèi)?者?的?計(jì)算?存儲(chǔ)?執(zhí)行?速率?大于?生產(chǎn)?者?數(shù)據(jù)?采集?速率，?從?隊(duì)列?中?每?取?完?一?組?數(shù)據(jù)?隊(duì)列?長(zhǎng)度?即為?空，?不會(huì)?重復(fù)?讀?取?采集?數(shù)據(jù)。?由于?隊(duì)列?的?緩?存?作用，?不管?消費(fèi)?者?模式?的?計(jì)算?存儲(chǔ)?運(yùn)行?速率?如何，?生產(chǎn)?者?消費(fèi)?者?模式?始終?保證?消費(fèi)?者?循環(huán)?處理?的是?正確?的?數(shù)據(jù)。

3.3 自?適應(yīng)?數(shù)據(jù)?采集?頻率?設(shè)置?測(cè)量?方法

高速?數(shù)據(jù)?采集，?導(dǎo)致?大量?冗?余?數(shù)據(jù)?涌?入。?海量?數(shù)據(jù)?計(jì)算?和?冗?余?數(shù)據(jù)?存儲(chǔ)，?增加?數(shù)據(jù)?處理?計(jì)算?負(fù)荷。?必須?杜絕?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?采樣?頻率?僅?憑?經(jīng)驗(yàn)?或?靠?感覺?確定?的?弊端，?減少?冗?余?數(shù)據(jù)?量?無(wú)?謂?計(jì)算、?節(jié)省?存儲(chǔ)?空間?并?提高?數(shù)據(jù)?處理?分析?效率。

設(shè)計(jì)?自?適應(yīng)?數(shù)據(jù)?采集?頻率?設(shè)置?測(cè)量?方法，?見?圖 3.3，?應(yīng)用?傅立葉?功率?譜?函數(shù)?和?相關(guān)?性?函數(shù)?分析，?確定?測(cè)量?信號(hào)?頻率。?根據(jù)?信號(hào)?頻率?設(shè)置?采樣?率，?達(dá)到?試驗(yàn)?研究?和?測(cè)試?結(jié)果?所需?精度?要求。

信號(hào)?參數(shù)?的?頻率?響應(yīng)?范圍，?設(shè)定?第一?高?頻?采樣 X0（t）?和?第二?降?頻?采樣?X1（t），?作?時(shí)?域、?頻?域?分析。?首先?應(yīng)用?FFT 傅立葉?功率?譜?密度?函數(shù)?進(jìn)行?頻率?響應(yīng)?分析?計(jì)算，?求?出?被?測(cè)?參數(shù)?信號(hào)?響應(yīng)?頻率，?以?重型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)力?測(cè)試?為?例，?設(shè)定?采集?頻率?5KHz，?發(fā)動(dòng)?機(jī)?轉(zhuǎn)?速?1900r/?min，?外?特性?試驗(yàn)?的?采集?數(shù)據(jù)，?進(jìn)行?傅立葉?功率?譜?密度?函數(shù)?頻率?響應(yīng)?計(jì)算?分析，?見?圖?3.4，?應(yīng)變?信號(hào)?響應(yīng)?頻率?16Hz。?若?不同?采樣?頻率?的?信號(hào)?可以?互換，?等?價(jià)?條件?為?功率?譜?圖?相鄰?最?大幅?值?間?的?頻率?相同。

其次?進(jìn)行?相關(guān)?性?判斷，?互?相關(guān)?函數(shù)?反映?兩?個(gè)?樣本?在?不同?時(shí)刻?之間?的?相互?依存?關(guān)系。?運(yùn)用?互?相關(guān)?函數(shù)、?相關(guān)?系數(shù)、?均?方?差?計(jì)算?兩?種?信號(hào)?波形?在?不同?時(shí)刻?的?相似?性?和?關(guān)聯(lián)?性，?判斷?是否?具有?互換?性。?如果?高?頻?采樣?X0（t）?和?降?頻?采樣?X1（t）?二者?具有?極?高?相關(guān)?性，?且?相關(guān)?系數(shù)?和?均?方?差?值?計(jì)算?沒有?超出?門檻?值，?應(yīng)用?降?頻?采樣。

如果?在?某些?特征?參量?上?差異?超出?設(shè)定?門檻?值，?使用?原?頻率?采樣。

以?中型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?應(yīng)力?測(cè)量?為?例，?兩?組?不同?采樣?頻率?的?主?軸承?座?應(yīng)力?信號(hào)?波形?互?相關(guān)?分析，?見?圖?3.5。?圖?3.5a 兩?組?應(yīng)力?信號(hào)?采樣?頻率?同?為?10kHz，?相關(guān)?系數(shù)?計(jì)算?等于?1，?均?方?差?計(jì)算?等于零，?信號(hào)?波形?完全?相同。?圖?3.5b 為?第一?高?頻?10kHz 采樣?和?第二?降?頻?9kHz 采樣?的?信號(hào)?波形?互?相關(guān)?性?分析，?相關(guān)?系數(shù)?＜?1，?均?方?差?計(jì)算?＞?0，?兩?組?信號(hào)?波形?高度?吻合。?圖?3.5c 為?第一?高?頻?10kHz 采樣?和?第二?降?頻?40Hz 采樣?的?信號(hào)?波形?互?相關(guān)?性?分析，?相關(guān)?系數(shù)?計(jì)算?近似?等于零，?均?方?差?計(jì)算?誤差?超出?門檻?值?出現(xiàn)?錯(cuò)誤?警示，?兩?組?信號(hào)?波形?風(fēng)馬牛?不相?及、?毫不?相關(guān)。

自?適應(yīng)?數(shù)據(jù)?采集?頻率?設(shè)置?測(cè)量?方法，?根據(jù)?LabVIEW 信號(hào)?處理、?數(shù)據(jù)?分析?軟件?FFT 傅立葉?頻?譜?分析?和?相關(guān)?函數(shù)?計(jì)算，?尋找?最優(yōu)?采樣?頻率，?使?采樣?頻率?真實(shí)?接近?測(cè)試?參數(shù)?響應(yīng)?頻率?的?整數(shù)?倍。?即?真實(shí)?反映?信號(hào)，?又?不?出現(xiàn)?數(shù)據(jù)?冗?余。

3.4 發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?控制?方法

發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試，?除?需?建立?測(cè)試?平臺(tái)?外、?還?需?研制?測(cè)試?裝置、?制作?部件?傳感器，?遠(yuǎn)?比?具有?現(xiàn)成?檢測(cè)?設(shè)備?的?整?機(jī)?臺(tái)?架?測(cè)試?準(zhǔn)備?工作?復(fù)雜?的?多。?部件?測(cè)試?開發(fā)，?沒有?現(xiàn)成?的?技術(shù)?方法?可以?借鑒，?沒有?全套?齊全?的?設(shè)備?能夠?買到，?部件?測(cè)試?裝置?的?開發(fā)?源?于?創(chuàng)新。

發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?加?載?測(cè)試?裝置?設(shè)計(jì)，?見?圖 3.6。?氣缸?支架、?聯(lián)?接?桿?支座?安裝?在?發(fā)動(dòng)?機(jī)?試驗(yàn)?室?鐵?地板?上，?止?推?軸承?裝配?在?止?推?軸承?套?座?內(nèi)，?止?推?軸承?套?座?用?螺栓?固定?在?發(fā)動(dòng)?機(jī)?曲軸?法?蘭?盤?前端。?通過(guò)?cDAQ 平臺(tái)?NI9477 控制?氣缸?氣壓?壓力?實(shí)現(xiàn)?軸?向?推?拉力?雙向?加?載、?NI 9237 檢測(cè)?軸?向?加?載?負(fù)荷，?拉?壓力?傳感器?承載?氣缸?活塞?直線?行程?的?推?拉力，?并?將?力矩?傳遞?給?聯(lián)?接?桿。?止?推?軸承?承載?聯(lián)?接?桿?直線?行程?的?推?拉力，?并?將?力矩?作用?至?旋轉(zhuǎn)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?曲軸?法?蘭?盤?端面，?完成?發(fā)動(dòng)?機(jī)?運(yùn)轉(zhuǎn)?時(shí)?軸?向?負(fù)荷?推?拉力?加?載?的?試驗(yàn)?考核。

發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?測(cè)試，?應(yīng)用?于?發(fā)動(dòng)?機(jī)?曲軸?端面、?氣缸?體?端面、?軸?瓦?端面、?飛?輪?端面、?變速箱?端面?施加?軸?向?負(fù)荷?推?拉力?加?載，?考核?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?產(chǎn)品?耐久性?能?的?專?項(xiàng)?測(cè)試。

3.5 發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?傳感器?制作?方法

3.5.1 高壓?油管?應(yīng)變?傳感器?制作

發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試，?除?應(yīng)用?傳統(tǒng)?的?商品?傳感器?外，?亦?需要?專?項(xiàng)?制作?部件?傳感器。?部件?傳感器?制作?缺陷，?往往?導(dǎo)致?部件?測(cè)試?系統(tǒng)?的?應(yīng)用?功?虧?一?簣。

共?軌?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?燃油?供給“大動(dòng)脈”高壓?油管，?使用?過(guò)程?中?若?出現(xiàn)?斷裂?或?漏油?等?失效?故障，?不僅?影響?發(fā)動(dòng)?機(jī)?可靠性，?而且?直接?關(guān)系?人身?和?車輛?安全。?在?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)變?測(cè)試?實(shí)踐?中，?如何?選?型?應(yīng)變?片?和?制作?應(yīng)變?傳感器，?是?保障?測(cè)試?成功?的?關(guān)鍵。

應(yīng)變?片?選擇，?采用?輸出?阻抗?120Ω?兩?軸?90°?垂直?應(yīng)變?花，?測(cè)量?高壓?油管?軸?向?和?徑?向?應(yīng)變，?計(jì)算?應(yīng)變?合力。?根據(jù)?高壓?油管?管?徑?與?長(zhǎng)度，?選擇?敏感?柵?長(zhǎng)度?3mm 以上、?自我?溫度?補(bǔ)償?（敏感?柵?材料?與?被?測(cè)?物?材料?熱?膨脹?系數(shù)?相對(duì)?應(yīng)）?的?3 線?制?金屬?箔?式?應(yīng)變?片，?消除?應(yīng)變?片?阻值?和?引線?電阻?隨?溫度?變化?的?影響。

高壓?油管?應(yīng)變?片?粘貼?部位，?選擇?能?最大?感受?油管?應(yīng)力?的?管?件?端?頭?部位，?其中?兩?軸?90°?應(yīng)變?花?粘貼?位置，?距?高壓?油管?端?頭?距離?20mm，?見?圖?3.7a。?針對(duì)?細(xì)?徑?圓?管?和?不?規(guī)則?彎曲?形狀，?為?真實(shí)?檢測(cè)?應(yīng)力?和?防止?應(yīng)變?片?粘貼?不?實(shí)?振動(dòng)?脫落，?設(shè)計(jì)?了?應(yīng)變?傳感器?制作?方法。?①?檢查?分?選；?②?管?件?打磨；?③?劃?線?定位；?④?貼?面?清洗；?⑤?涂?劑?粘?片；?⑥?加?壓?固定；?⑦?質(zhì)量?檢查；?⑧?防護(hù)?處理。?制作?完成?的?高壓?油管?應(yīng)變?傳感器，?見?圖?3.7b 和?3.7c。

應(yīng)用 cDAQ 平臺(tái)?NI 9235、?NI 9237 及?附件?NI 9944 接口?模?塊，?開展?高壓?油管?動(dòng)態(tài)?應(yīng)變?測(cè)量，?制作?合格?的?高壓?油管?應(yīng)變?傳感器，?頻?譜?分析?能夠?捕捉?并?呈現(xiàn)?與?發(fā)動(dòng)?機(jī)?轉(zhuǎn)?速?基?頻?對(duì)應(yīng)?的?最?大幅?值?和?周期，?見?圖?3.4。

3.5.2 止?推?片?溫度?傳感器?制作

發(fā)動(dòng)?機(jī)?止?推?片?表面?磨損，?導(dǎo)致?發(fā)動(dòng)?機(jī)?曲軸?竄?動(dòng)、?活塞?拉?缸、?離合?器?掛?檔?分離?困難?和?運(yùn)轉(zhuǎn)?異?響，?止?推?片?磨損?過(guò)程?中?溫度?異常?上升?還?會(huì)?產(chǎn)生?嚴(yán)重?燒?蝕?或?抱?軸；?造成?曲軸?止?推?面?和?缸?體?軸承?座?側(cè)面?摩擦?磨損、?缸?體?和?曲軸?報(bào)廢?的?嚴(yán)重?故障。?在?考核?止?推?片?材料?的?止?推?耐磨?性能?試驗(yàn)?中，?如何?向?發(fā)動(dòng)?機(jī)?曲軸?端面?施加?軸?向?負(fù)荷?加?載，?怎樣?制作?和?安裝?止?推?片?溫度?傳感器，?如何?準(zhǔn)確?檢測(cè)?止?推?片?溫度，?是?實(shí)現(xiàn)?止?推?片?性能?測(cè)試?的?關(guān)鍵?技術(shù)。

（a）?兩?種?采樣?信號(hào)?波形?相關(guān) （b）?兩?種?采樣?信號(hào)?波形?高度?近似?相關(guān) （c）?兩?種?采樣?信號(hào)?波形?不?相關(guān)
?圖 3.7 高壓?油管?應(yīng)變?傳感器?制作

沿?發(fā)動(dòng)?機(jī)?曲軸?縱?向?方向，?在?發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?和?主?軸承?座?端?蓋?前后?各有?2 片上、?下?止?推?片。?發(fā)動(dòng)?機(jī)?止?推?片?傳感器?制作，?見?圖?3.8。?沿?止?推?片?圓周?30o、?90o、?150o?處，?在?上、?下?止?推?片?壁?厚?2.5mm 中?線?位置?各?鉆?Ф1.1、?深?7mm 小?孔?3 個(gè)，?沿?壁?厚?圓?弧?面?加工?寬?1mm、?深?4mm 溝?槽，?在?小?孔?內(nèi)?安裝?點(diǎn)?焊?后?的?鎳?鉻?鎳?硅?K?型?熱電?偶?絲，?沿?溝?槽?引出?并?用?密封?膠?填充?固定。?止?推?片?溫度?傳感器?篩選，?設(shè)定?測(cè)量?誤差?≤?±2℃，?合格?產(chǎn)品?作為?發(fā)動(dòng)?機(jī)?止?推?片?試驗(yàn)?樣品。

4．?部件?測(cè)試
4.1 發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?止?推?片?溫度?測(cè)試

中?重型?發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?止?推?片?溫度?測(cè)試?系統(tǒng)，?NI cDAQ 9172 測(cè)試?平臺(tái)，?含?8 種?軸?向?推?拉力?加?載?控制?NI 9477 模?塊、?軸?向?力?檢測(cè)?NI 9237 模?塊、?3 組?12 通道?K 型?熱電?偶?溫度?檢測(cè)?NI 9219 模?塊，?見?圖?4.1。

圖 3.7 ?高壓?油管?應(yīng)變?傳感器?制作 （b）?泵?至?軌?油管?應(yīng)變?傳感器

圖 3.7 ?高壓?油管?應(yīng)變?傳感器?制作 （c）?軌?至?嘴?油管?應(yīng)變?傳感器

止?推?片?溫度?傳感器?安裝，?見?圖 4.2。?首先?在?發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?安裝?上?止?推?片，?裝入?曲軸，?安裝?主?軸承?座?端?蓋?的?同時(shí)?裝入?下?止?推?片。

發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?測(cè)量，?采用?電阻?應(yīng)變?橋?式?拉?壓力?傳感器。?應(yīng)用?Vin/?Vcc 比值?測(cè)量?計(jì)算?方法，?見?圖?4.4。?拉?壓力?傳感器?激勵(lì)?電壓?變化?時(shí)，?接口?模?塊?A/?D 轉(zhuǎn)換?器?參考?電壓?同步?變化，?A/?D 轉(zhuǎn)換?器?模擬?輸入?與?激勵(lì)?電壓?的?比值?Vin/?Vcc 保持?恒定，?測(cè)量?精度?不受?激勵(lì)?電壓?波動(dòng)?的?影響。

應(yīng)用?基于 cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)，?止?推?片?可靠性?測(cè)試?界面?見?圖?4.5。?開展?發(fā)動(dòng)?機(jī)?穩(wěn)定?工?況、?帶?負(fù)荷?起動(dòng)?正常?潤(rùn)滑?工?況?和?邊緣?潤(rùn)滑?工?況?軸?向?負(fù)荷?加?載?12 通道?止?推?片?溫度?測(cè)試，?考核?發(fā)動(dòng)?機(jī)?止?推?片?受?軸?向?負(fù)荷?作用?下?的?溫?升?及?磨損，?對(duì)?止?推?片?可靠性?進(jìn)行?判斷。

發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?止?推?片?溫度?測(cè)試，?穩(wěn)定?工?況?下?止?推?片?最高?溫度?為?131.90℃，?見?表?4.1。?穩(wěn)定?工?況?試驗(yàn)，?止?推?片?表面?未?出現(xiàn)?擦傷?痕跡，?亦?未?出現(xiàn)?明顯?的?摩擦?痕跡。

本?項(xiàng)目?開發(fā)?與?應(yīng)用，?攻克?發(fā)動(dòng)?機(jī)?止?推?片?性能?測(cè)試?軸?向?負(fù)荷?加?載?控制、?止?推?片?溫度?傳感器?制作?和?安裝?的?技術(shù)?瓶頸，?填補(bǔ)?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?專?項(xiàng)?測(cè)試?的?應(yīng)用?空白，?是?面向?特殊?測(cè)試?的?創(chuàng)新?技術(shù)?應(yīng)用?范?例。

4.2 發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?及?端?蓋?應(yīng)力?測(cè)試

發(fā)動(dòng)?機(jī)?動(dòng)力?性、?經(jīng)濟(jì)?性?和?降低?排放?的?整體?性能?指標(biāo)?提升，?要求?發(fā)動(dòng)?機(jī)?缸內(nèi)?燃燒?壓力?隨?之?增加，?缸內(nèi)?最大?爆發(fā)?壓力?導(dǎo)致?發(fā)動(dòng)?機(jī)?疲勞?應(yīng)力?分布?主要?集中?在?主?軸承?座?區(qū)域。

為?考核?發(fā)動(dòng)?機(jī)?缸?體?軸承?座?所?承受?的?應(yīng)力，?開展?臺(tái)?架?試驗(yàn)?中型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?及?端?蓋?應(yīng)力?測(cè)試。?發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?1 缸?側(cè)?粘貼?1/4 橋?120Ω?電阻?應(yīng)變?片，?主?軸承?端?蓋?粘貼?1/4 橋?120Ω?電阻?應(yīng)變?片?及?90°?電阻?應(yīng)變?花，?見?圖?4.6。

應(yīng)用?基于 cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?應(yīng)變?應(yīng)力?測(cè)試?系統(tǒng)，?見?圖?4.7，?NI 9219、?NI 9237 和?NI 9944?組成?1/4 橋?應(yīng)變?測(cè)量?接口?模?塊。?建立?臺(tái)?架?試驗(yàn)?工?況?主?軸承?座?應(yīng)力?分析、?主?軸承?座?應(yīng)力?隨?爆?壓?變化?規(guī)律?分析?的?測(cè)試?應(yīng)用?評(píng)價(jià)?體系。?開展?主?軸承?座?端?蓋?螺栓?安裝?應(yīng)力，?外?特性?工?況?主?軸承?座?應(yīng)力，?負(fù)荷?特性?工?況?主?軸承?座?應(yīng)力?測(cè)量。

圖 3.8 ?發(fā)動(dòng)?機(jī)?止?推?片?傳感器?制作 （b）?止?推?片?K 型?熱電?偶?傳感器

圖 4.1 ?基于?cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?止?推?片?溫度?測(cè)試 （a）?NI cDAQ9172 平臺(tái)

圖 4.1 基于?cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?止?推?片?溫度?測(cè)試 （b）?cDAQ 平臺(tái)?模?塊?接口

發(fā)動(dòng)?機(jī)?轉(zhuǎn)?速 2400r/?min 負(fù)荷?特性?工?況，?主?軸承?座?應(yīng)力?峰值?測(cè)量，?見?圖?4.8。?發(fā)動(dòng)?機(jī)?主?軸承?座?應(yīng)力?響應(yīng)?主要?由?缸?壓?作用?產(chǎn)生，?應(yīng)力?峰值?的?大小?與?爆?壓?壓力?大小?有關(guān)。

發(fā)動(dòng)?機(jī)?轉(zhuǎn)?速 2400r/?min 外?特性?工?況，?主?軸承?座?應(yīng)力?測(cè)試?的?采集?數(shù)據(jù)，?應(yīng)用?傅立葉?功率?譜?密度?函數(shù)?進(jìn)行?信號(hào)?頻率?響應(yīng)?計(jì)算，?見?圖?4.9，1/4 橋?應(yīng)變?片?應(yīng)變?信號(hào)?響應(yīng)?頻率?20Hz，?對(duì)應(yīng)?發(fā)動(dòng)?機(jī)?轉(zhuǎn)?速?2400r/?min 的?基?頻。

4.3 發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)力?測(cè)試

高壓?油管?產(chǎn)品?設(shè)計(jì)、?材料?選?型、?仿真?計(jì)算、?可靠性?評(píng)價(jià)，?需要?進(jìn)行?應(yīng)力?測(cè)試?驗(yàn)證。?而?對(duì)?這?方面?的?測(cè)試?技術(shù)、?試驗(yàn)?方法、?數(shù)據(jù)?分析?過(guò)去?往往?缺乏?認(rèn)識(shí)，?具體?測(cè)試?過(guò)程?出現(xiàn)?的?問(wèn)題?未能?解決。?為此，?進(jìn)行?共?軌?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)力?測(cè)試?系統(tǒng)?的?開發(fā)，?開展?測(cè)試?技術(shù)?創(chuàng)新?和?試驗(yàn)?方法?研究，?解決?多?通道?數(shù)據(jù)?采集?與?實(shí)?時(shí)?計(jì)算?存儲(chǔ)?的?速度?匹配?瓶頸、?高速?數(shù)據(jù)?采集?與?冗?余?數(shù)據(jù)?產(chǎn)生?導(dǎo)致?測(cè)試?效率?低下?問(wèn)題。

應(yīng)用?基于 cDAQ 平臺(tái)?的?NI cDAQ9172 機(jī)?箱、?NI 9235 1/4 橋?應(yīng)變?測(cè)量?模?塊、?NI 9237 和?NI 9944 1/4?橋接?線?座，?組成?中、?重型?共?軌?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)變?應(yīng)力?測(cè)試?系統(tǒng)。

建立?高壓?油管?應(yīng)力?測(cè)試?評(píng)價(jià)?體系，?開展?安裝?強(qiáng)度?應(yīng)力?和?運(yùn)行?疲勞?應(yīng)力?測(cè)試。?數(shù)據(jù)?分析，?應(yīng)用?Goodman?曲線?進(jìn)行?產(chǎn)品?強(qiáng)度?應(yīng)力?和?疲勞?應(yīng)力?可靠性?評(píng)價(jià)。?同時(shí)?對(duì)?運(yùn)行?應(yīng)力?測(cè)試?數(shù)據(jù)?開展?頻?譜?分析，?分析?疲勞?應(yīng)力?產(chǎn)生?原因?及?確定?自?適應(yīng)?數(shù)據(jù)?采集?頻率。?重型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)力?測(cè)試?部位，?見?圖?4.10、?4.11。

應(yīng)用?自?適應(yīng)?數(shù)據(jù)?采集?頻率?設(shè)置?測(cè)量?方法，?設(shè)定?第一?高?頻?采樣 10kHz 和?第二?降?頻?采樣，?進(jìn)行?FFT 功率?譜?密度?函數(shù)?頻率?響應(yīng)?分析?和?信號(hào)?相關(guān)?性?計(jì)算，?減少?無(wú)?謂?的?冗?余?采集?數(shù)據(jù)?海量?計(jì)算?存儲(chǔ)，?提高?測(cè)試?效率。?采樣?頻率?5KHz，?對(duì)?圖?4.11 重型?發(fā)動(dòng)?機(jī)?第?6 缸?軌?至?嘴?高壓?油管?噴?嘴?端?90°?應(yīng)變?花?1-1 和?1-2 測(cè)?點(diǎn)、?共?軌?端?90°?應(yīng)變?花?1-3 和?1-4 測(cè)?點(diǎn)?開展?軸?向?和?徑?向?應(yīng)力?頻?譜?分析，?見?圖?4.12。?2 組?軸?向?和?2 組?徑?向?應(yīng)力?響應(yīng)?頻率?均?為?15.83Hz，?運(yùn)行?應(yīng)力?周期?0.063s，?與?發(fā)動(dòng)?機(jī)?轉(zhuǎn)?速?1900r/?min 的?基?頻?吻合。

高壓?油管?運(yùn)行?應(yīng)力?測(cè)試?頻?譜?分析?表明，?發(fā)動(dòng)?機(jī)?軌?壓?建立?過(guò)程，?油管?工作?時(shí)?受到?的?周期?應(yīng)力、?以及?發(fā)動(dòng)?機(jī)?運(yùn)行?振動(dòng)?導(dǎo)致?的?油管?應(yīng)力?幅?值?變化，?是?產(chǎn)生?油管?疲勞?失效?的?主要原因。?疲勞?應(yīng)力?一方面?受到?管內(nèi)?軌?壓?的?作用，?另一方面?亦?受到?噴?油、?供?油?壓力?波動(dòng)?的?作用。?在?疲勞?應(yīng)力?的?基礎(chǔ)?上，?還有?與?發(fā)動(dòng)?機(jī)?轉(zhuǎn)?速?基?頻?對(duì)應(yīng)?的?周期性?應(yīng)力?響應(yīng)。

多?通道?數(shù)據(jù)?采集?和?存儲(chǔ)?計(jì)算，?設(shè)計(jì)?基于?隊(duì)列?的?數(shù)據(jù)?采集?和?計(jì)算?存儲(chǔ)?方法，?見?圖?4.13。?首先?對(duì)?cDAQ 平臺(tái)?接口?模?塊?設(shè)置?初始?化，?創(chuàng)建?數(shù)據(jù)?采集?任務(wù)、?設(shè)定?采樣?頻率、?啟動(dòng)?定?時(shí)?采集，?循環(huán)?讀?取?采集?數(shù)據(jù)，?數(shù)據(jù)?采集?結(jié)束?刪除?任務(wù)?釋放?資源。?多?任務(wù)?并行?處理?采用?LabVIEW 生產(chǎn)?者 /?消費(fèi)?者?循環(huán)?數(shù)據(jù)?結(jié)構(gòu)，?生產(chǎn)?者?循環(huán)?使用“元素?入?隊(duì)列”函數(shù)?向?數(shù)據(jù)?簇?隊(duì)列?中?添加?采集?數(shù)據(jù)，?消費(fèi)?者?循環(huán)?使用“元素?出?隊(duì)列”函數(shù)?從?數(shù)據(jù)?簇?隊(duì)列?中?取出?數(shù)據(jù)。?當(dāng)?數(shù)據(jù)?采集?速率?快?于?數(shù)據(jù)?計(jì)算?存儲(chǔ)?速率，?來(lái)不及?處理?的?數(shù)據(jù)?緩?存?于?隊(duì)列?中，?保證?采集?數(shù)據(jù)?不?丟失。?基于?隊(duì)列?的?循環(huán)?間?數(shù)據(jù)?傳輸，?采集、?計(jì)算、?存儲(chǔ)?多個(gè)?任務(wù)?并行?執(zhí)行，?消除?后?續(xù)?離?線?數(shù)據(jù)?處理?分析，?具有?更高?測(cè)試?吞吐量，?提高?程序?效率。?運(yùn)籌?于?帷幄?之中，?決?勝?于?千里?之外。

重型?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?晶粒?鋼?材料?PP600，?極限?抗?拉?強(qiáng)度?800Mpa，?屈服?強(qiáng)度?700Mpa，?疲勞?極限?240Mpa，?0.1RPH（0.1%?失效?率?下?的?疲勞?極限）?152Mpa。?應(yīng)用?Goodman 應(yīng)力?分析?評(píng)價(jià)?見?圖?4.14。?安裝?平均?應(yīng)力?值?（強(qiáng)度?應(yīng)力）?作為?橫坐標(biāo)、?運(yùn)行?平均?應(yīng)力?值?（疲勞?應(yīng)力）?作為?縱?坐標(biāo)，?0.1%?失效?的?疲勞?極限?與?橫坐標(biāo)、?坐標(biāo)?原點(diǎn)?及?縱?坐標(biāo)?所?組成?的?區(qū)間?為?安全?工作?區(qū)。

重型?發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油管?應(yīng)力?測(cè)量?值?分布?在 0.1%?失效?的?疲勞?極限?線?以下，?測(cè)量?應(yīng)力?滿足?Goodman 曲線?材料?強(qiáng)度?與?疲勞?強(qiáng)度?限?值?要求。

應(yīng)用 cDAQ 平臺(tái)?和?LabVIEW 測(cè)?控?程序，?開展?高壓?共?軌?中型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?泵?至?軌?高壓?油管?安裝?應(yīng)力?和?運(yùn)行?應(yīng)力?測(cè)試，?見?圖?4.15。

發(fā)動(dòng)?機(jī)?轉(zhuǎn)?速 2400r/?min 外?特性?試驗(yàn)?工?況，?數(shù)據(jù)?采樣?頻率?5kHz。?應(yīng)用?Goodman 曲線?判斷?高壓?油管?安裝?應(yīng)力?和?運(yùn)行?應(yīng)力?分布?狀況，?見?圖?4.16。

發(fā)動(dòng)?機(jī)?高壓?油?管材?質(zhì) PP600 PPSH Q 級(jí)，?彈性?模?量?E=212，?泊?松?比?μ=0.285，8 路?應(yīng)力?測(cè)量?平均值?分布?在?0.1%?失效?的?疲勞?極限?線上?下?區(qū)間，?2 路?測(cè)量?應(yīng)力?值?略?超過(guò)?0.1%RPH 限?值、?小?于?疲勞?極限?值?要求。

4.4 發(fā)動(dòng)?機(jī)?缸?蓋?溫度?測(cè)試

發(fā)動(dòng)?機(jī)?缸?蓋?設(shè)計(jì)，?鼻梁?區(qū)?熱?應(yīng)力?情況、?水流?場(chǎng)?工作?情況、?材料?選?型?等?基礎(chǔ)?工作?和?仿真?計(jì)算，?需要?開展?缸?蓋?溫度?測(cè)試，?以?適應(yīng)?發(fā)動(dòng)?機(jī)?功率?提升?的?高?爆?壓?要求。

應(yīng)用?基于 cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)，?開展?中?重型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?缸?蓋?溫度?測(cè)試，?見?圖?4.17。?缸?蓋?溫度?K 型?熱電?偶?傳感器，?安裝?在?缸?蓋?進(jìn)、?排?氣?道?的?鼻梁?區(qū)間，?K 型?熱電?偶?溫度?測(cè)量?模?塊?NI 9219。

外?特性?工?況?下?控制?發(fā)動(dòng)?機(jī)?出水?溫度 88℃，?開展?缸?蓋?溫度?測(cè)量、?缸?蓋?溫度?梯度?計(jì)算，?以及?全?負(fù)荷?工?況?下?改變?出?水溫?進(jìn)行?缸?蓋?測(cè)?溫，?數(shù)據(jù)?采集?頻率?1Hz。

發(fā)動(dòng)?機(jī)?外?特性?工?況、?缸?蓋?測(cè)?點(diǎn)?溫度?及?溫度?梯度?變化，?見?圖?4.18。?1 缸?排排?3mm 測(cè)?點(diǎn)?位置、?1700r/?min-2300r/?min 區(qū)域，?缸?蓋?平均?溫度?340℃?以上，?最高?溫度?349.1℃。?1700r/?min?～?2300r/?min 區(qū)域，?1 缸?排排?斷面?測(cè)?點(diǎn)?位置，?缸?蓋?溫度?梯度?≥17℃/?mm。?據(jù)此?計(jì)算，?1 缸?排排?缸?蓋?表面?平均?溫度?在?391℃?以上

（340℃?+17℃/?mm×3 mm =391℃）。

4.5 發(fā)動(dòng)?機(jī)?渦輪?增?壓?器?壓力?溫度?測(cè)試

高壓?共?軌?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)，?使用?渦輪?增?壓?器?回收?發(fā)動(dòng)?機(jī)?排?氣?能量，?驅(qū)動(dòng)?排氣管?道?的?渦輪?帶動(dòng)?同?軸?的?進(jìn)?氣?管道?的?葉輪，?葉輪?壓?送?由?空氣?濾清?器?管道?吸?進(jìn)?的?空氣，?使?之?增?壓?進(jìn)入?氣缸。?提高?發(fā)動(dòng)?機(jī)?升?功率?和?燃油?經(jīng)濟(jì)?性，?降低?發(fā)動(dòng)?機(jī)?油耗?和?排放，?提供?高原?功率?補(bǔ)償。?渦輪?增?壓?器?出口?與?發(fā)動(dòng)?機(jī)?進(jìn)?氣管?之間?的?中?冷?器，?對(duì)?進(jìn)入?氣缸?的?空氣?進(jìn)行?冷卻。?整?車?道路?試驗(yàn)，?發(fā)動(dòng)?機(jī)電?控?單元?EECU 的?軌?壓、?主?噴、?預(yù)?噴?和?后?噴、?渦輪?增?壓?器?限?熱?模式?參數(shù)?調(diào)整，?需要?監(jiān)測(cè)?渦輪?增?壓?器?相關(guān)?參數(shù)?驗(yàn)證。?中?重型?柴油?發(fā)動(dòng)?機(jī)?渦輪?增?壓?器?壓力?溫度?測(cè)試?部位，?見?圖?4.19。

基于 cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?渦輪?增?壓?器?壓力?溫度?測(cè)試，?見?圖?4.20。?NI cDAQ9172 測(cè)試?平臺(tái)，?壓力?接口?模?塊?NI 9234，?接口?激勵(lì)?電壓?24V 輸出?量程?0?～?5V 的?壓力?變?送?器，?測(cè)量?中?冷?后?壓、?排?氣?背?壓?和?進(jìn)?氣?壓力；?溫度?接口?模?塊?NI 9219，?接口?量程?±100℃?的?Pt100 鉑?電阻?測(cè)量?進(jìn)?氣?溫度，?接口?K 型?鎧?裝?熱電?偶?測(cè)量?中?冷?后?溫、?渦?前排?溫和?渦?后排?溫。

發(fā)動(dòng)?機(jī)?渦輪?增?壓?器?壓力、?溫度?測(cè)試?數(shù)據(jù)?采集?控制?程序，?見?圖 4.21。

4.6 車?架?應(yīng)力?測(cè)試

在?車輛?研發(fā)?過(guò)程?中，?對(duì)?車?架?進(jìn)行?應(yīng)力?測(cè)量?是?進(jìn)行?靜態(tài)?和?動(dòng)態(tài)?結(jié)構(gòu)?強(qiáng)度?評(píng)估?的?不可?缺少?的?環(huán)節(jié)。?應(yīng)用?cDAQ 平臺(tái)?NI cDAQ9172 機(jī)?箱、?NI 9235 應(yīng)變?片?測(cè)量?接口?模?塊，?開展?整?車?車?架?應(yīng)力?測(cè)量。?1/4 橋?應(yīng)變?片?粘貼?在?車?架?縱?梁?正下方，?測(cè)試?部位?見?圖?4.22。?車?架?縱?梁?材料?DL590 大梁?鋼，?強(qiáng)度?極限?590MPa、?屈服?極限?450MPa，?整?車?進(jìn)行?空?載 -?怠?速 -?加?載 -?滿載?運(yùn)?料?行駛，?測(cè)試?工?況?見?圖?4.23。

車?架?大梁 6 組?應(yīng)變?測(cè)量?數(shù)據(jù)?曲線，?見?圖?4.24。?根據(jù)?測(cè)?點(diǎn)?的?數(shù)據(jù)?分析?對(duì)比，?車?架?的?應(yīng)力?分布?從?前端?至?后?端?呈現(xiàn)“前?拉?后?壓”的?分布?趨勢(shì)。

5．?結(jié)論
開發(fā)?基于 cDAQ 平臺(tái)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?系統(tǒng)，?應(yīng)用?美國(guó)?國(guó)家?儀器?公司?NI cDAQ 平臺(tái)?和?圖形?化?編?程?語(yǔ)言?LabVIEW 開發(fā)?軟件，?開展?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?方法?的?基礎(chǔ)?技術(shù)?研究?和?技術(shù)?創(chuàng)新，?應(yīng)用?比值?測(cè)量?消除?A/?D 量化?誤差、?比值?計(jì)算?增加?測(cè)量?數(shù)據(jù)?穩(wěn)定，?創(chuàng)建?基于?隊(duì)列?的?數(shù)據(jù)?采集?和?計(jì)算?存儲(chǔ)?方法?以及?自?適應(yīng)?數(shù)據(jù)?采集?頻率?設(shè)置?方法?提高?測(cè)試?效率，?創(chuàng)建?發(fā)動(dòng)?機(jī)軸?向?負(fù)荷?加?載?控制?方法?攻克?技術(shù)?瓶頸，?創(chuàng)建?部件?傳感器?制作?方法?完成?以往?無(wú)法?實(shí)施?的?測(cè)量?項(xiàng)目，?應(yīng)用?創(chuàng)新?技術(shù)?實(shí)現(xiàn)?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?產(chǎn)品?性能?的?測(cè)試?考核，?項(xiàng)目?成果?可以?拓展?到?整?車、?變速箱、?底盤?傳?動(dòng)?系?部件?測(cè)試。

本?項(xiàng)目?應(yīng)用 NI cDAQ9172 平臺(tái)，?經(jīng)受?了?發(fā)動(dòng)?機(jī)?臺(tái)?架?試驗(yàn)、?整?車?道路?試驗(yàn)?嚴(yán)酷?的?電磁?環(huán)境?干擾、?高原、?高溫?和?振動(dòng)?考核。?臺(tái)?架?試驗(yàn)?cDAQ 平臺(tái)?與?運(yùn)轉(zhuǎn)?的?發(fā)動(dòng)?機(jī)?近在咫尺，?通過(guò)?10?～?15m 功率?放大?的?USB 傳輸?線?連接?控制?室?的?電腦，?發(fā)送?指令?接收?數(shù)據(jù)?傳輸?不?中斷。?cDAQ 平臺(tái)?的?高?性?價(jià)?比、?高性能、?物?盡其?用、?易?于?上手?的?品質(zhì)?特點(diǎn)，?在?發(fā)動(dòng)?機(jī)?部件?測(cè)試?中?充分?體現(xiàn)?了?其?應(yīng)用?效果。

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