实现发动机测功器应用的灵活性

　　对于构建发动机性能测试系统的汽车工程师和系统集成员而言，使用基于LabVIEW软件和PXI硬件的National Instruments汽车测试平台，可以构建实时控制和测量系统平台。与专用解决方案不同，运用汽车测试平台，用户可以构建完全符合自己测试需要的应用方案，除此之外，它还可以将多种National Instruments公司的产品及第三方的部件集成为一个独立系统。

　　在测试时，理想的测功器测试结果是测试系统可以连续生成有意义的数据，而不会对人员造成意外伤害或对测试系统和被测器件造成损害。要达到这一目标，测试系统必须具有以下三点特性：

　　●可靠性——确保操作员的安全和数据的完整性；

　　●可重复性——获得一致的结果；

　　●灵活性——适应不同的模块和系统构成。

　　具有以上这些特性的测功器可以作为可扩展和可配置的自动化控制系统的基础部分，以此来满足多种测试应用的需求。下面将介绍一种运用National Instruments产品来建立上述控制系统的方法。

　　测功器技术

　　测功器是一种可以向被测对象施加受控负载的能量吸收式设备。负载以扭矩（旋转力）的形式施加到发动机曲轴上或车轮上。

　　测功器可采用以下几种制动技术来产生受控负载：

　　●惯性——质量较大的旋转物体可以提供与加速度成正比的负载，扭矩可以根据加速度变化率计算出来，平均扭矩可以根据将物体加速到给定转速所需要的时间计算出来；

　　●水力制动——与曲轴相连的叶轮通过机械力迫使水流通过水泵，安置在水泵输出管路中的一个阀可以调节背压并产生负载；

　　●涡流——通过位于磁场中的旋转金属盘引发的涡流来产生负载；

　　●交流或直流电机——负载由电机产生。电机还可起到驱动电机的作用，以此来产生扭矩；

　　●液压——使用光滑的盘式动力元件（该元件通过粘性剪力吸收能量）来产生负载。

　　每项测功器技术均可以根据成本、功率、速度、动态响应、控制稳定性、内在惯性以及其他特性来进行分类。在高速运转的情况下，涡流测功器和电机测功器仍具有良好的响应性能和功率/扭矩性能，是汽车测试设备的首选。

　　许多测功器都带有用于测量扭矩和速度的内置式传感器，这些传感器可用来计算功率。目前最新的趋势是由测量扭矩扩展到测量由活塞或其他机械部件产生的扭转振动。

　　测功器的工作模式

　　测功器在开环模式和闭环模式两种控制模式下均可工作。

　　在开环模式中，测功器控制被设置为可用测功器输出或负载的百分比。在这种模式下，测功器所产生的负载不受油门位置、转速和车辆行驶速度的影响。虽然在开环模式下允许手动操作测功器，但计算机自动化操作更能确保测试结果的可靠性和可重复性。

　　在闭环模式下，负载与测试程序所确定的一个反馈信号有关。例如，在恒速状态下，用户可以设定一个速度并使车辆始终以这个速度行驶。油门的增加会被负载的增加抵消，从而防止车辆的速度超出设定值。可以根据时间编制几个速度设定点，这样，操作员就可在发动机允许的速度范围内缓慢、逐级地提高车辆的速度，并在此过程中监测发动机参数及其与扭矩输出的关系。

　　在大多数情况下，采用手动方法不能进行连续的负载调整，因此对于需要进行闭环控制的测试，必须采用自动化控制系统。

　　发动机测功器的应用对控制系统的要求

　　在发动机测功器的应用中，测功器在飞轮处直接与发动机驱动轴相连，发动机可进行自测试（即在车辆之外），测试系统控制器控制油门位置和其他发动机输入。在此应用中，测功器有自己的控制器，该控制器通过一个串行连接与测试系统控制器交互。

　　Mustang测功器（如前页图所示）是一个典型的发动机测试系统，该系统采用几个独立的设备来模拟与发动机有关的燃料、冷却剂、油、电气和其他车辆系统。这些系统可能有自己的参数（如温度、压力和流量），测试系统控制器必须对这些参数进行控制。测试系统通常还包括安全保护装置和一些与设备相关的其他接口，这些接口也由测试系统控制器进行管理。

　　发动机通常都配有传感器（图中并未显示），以提供有关内部运行情况的信息。在实际生产中，发动机还可以利用条形码或内嵌的闪存向测试系统提供与自身相关的信息。

　　本文图中所示的综合控制系统是系统集成员采用National Instruments产品创建的典型系统。值得注意的是，与其他方法不同，实时控制系统和信号输入/输出连接均位于此测试系统之内，而且，网络连接取代了原先测试系统中又长又重的电缆，从而缩短了安装和调试时间并提升了运行可靠性和噪声抑制性能。