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應用領域：
汽車、大學教育
使用的產品：
NI CompactRIO、NI LabVIEW及LabVIEW FPGA 模塊
挑戰：
開發一套可靠的賽車測試和數據采集係統，來采集並分析賽車關鍵點的數據，從而提升Brigham Young University SAE方程式賽車的性能，縮短它的調整時間。
解決方案：
使用一個八模塊的NI CompactRIO係xi統tong來lai進jin行xing數shu據ju采cai集ji，該gai係xi統tong上shang還hai連lian接jie有you二er十shi幾ji個ge用yong於yu實shi時shi測ce量liang的de傳chuan感gan器qi。我wo們men還hai添tian加jia了le一yi個ge市shi麵mian上shang可ke買mai到dao的de簡jian單dan的de無wu線xian路lu由you器qi，用yong於yu與yu一yi台tai裝zhuang有youNI LabVIEW的筆記本電腦進行遙測通信，以實現實時監測。
汽車工程師協會每年都會主辦方程式SAE學生設計競賽。今年，七十支參賽隊伍將設計、建造一輛限乘一人、開輪式公路賽車，並用其進行比賽。方程式SAE競賽被認為是世界上最有聲譽的大學工程類設計競賽。今年，第一次有BrighamYoung University的本科生參加方程式SAE競賽。
汽車數據采集係統
測(ce)試(shi)是(shi)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)一(yi)個(ge)環(huan)節(jie)。通(tong)過(guo)製(zhi)作(zuo)一(yi)個(ge)模(mo)型(xing)汽(qi)車(che)，我(wo)們(men)在(zai)確(que)定(ding)賽(sai)車(che)的(de)最(zui)終(zhong)方(fang)案(an)之(zhi)前(qian)明(ming)確(que)了(le)需(xu)要(yao)改(gai)進(jin)的(de)係(xi)統(tong)。為(wei)了(le)驗(yan)證(zheng)設(she)計(ji)，我(wo)們(men)的(de)測(ce)試(shi)和(he)實(shi)驗(yan)需(xu)要(yao)用(yong)到(dao)儀(yi)器(qi)、板上數據采集和統計分析。
CompactRIO被直接安裝在測試賽車靠駕駛員右側的架子上。請注意前車輪上的輪胎溫度傳感器。
我們之所以選擇NI CompactRIO(可重複配置的輸入/輸出)數據采集係統，主要是因為它配置的靈活性和輸入通道的密度(輸入通道的密度等於輸入通道/重量)。在圖 1中，可以看到它被安裝在測試賽車上。 cRIO係統提供了其他設備不能提供的解決方案。cRIO係xi統tong上shang的de各ge種zhong可ke用yong模mo塊kuai為wei傳chuan感gan器qi的de選xuan擇ze提ti供gong了le靈ling活huo性xing。控kong製zhi器qi的de網wang絡luo功gong能neng為wei遠yuan程cheng賽sai車che監jian測ce提ti供gong了le無wu線xian遙yao測ce選xuan項xiang。確que定ding性xing回hui路lu選xuan項xiang使shi得de係xi統tong精jing確que而er高gao速su地di采cai集ji數shu據ju，同tong時shi低di功gong耗hao的de特te點dian對dui維wei持chi備bei用yong電dian源yuan來lai說shuo也ye是shi至zhi關guan重zhong要yao。
這個係統的重量不超過九磅，可以配置成高達64路的模擬輸入通道，並且運行時功率低於24瓦。我們的cRIO係統配置有兩個cRIO-9211熱電偶模塊、 一個cRIO-9421數字輸入模塊、 一個cRIO-9472數字輸出模塊和四個cRIO-9201模擬輸入模塊。 我們在LabVIEW 8中編寫虛擬儀器程序來采集數據、繪製速度和加速度的圖表、顯示溫度並記錄信息。通過在cRIO係統與一個市麵上可買到的無線路由器間建立TCP/IP連接來實現無線遙測。我們用一個簡易的12伏到 5伏fu的de直zhi流liu到dao直zhi流liu轉zhuan換huan器qi通tong過guo汽qi車che電dian池chi為wei路lu由you器qi供gong電dian。利li用yong無wu線xian連lian接jie，我wo們men可ke以yi實shi時shi地di解jie析xi數shu據ju，這zhe極ji大da地di簡jian化hua了le數shu據ju分fen析xi過guo程cheng，並bing使shi得de我wo們men的de組zu員yuan在zai汽qi車che駛shi入ru凹ao陷xian路lu麵mian前qian可ke以yi提ti前qian調tiao整zheng發fa動dong機ji或huo懸xuan架jia。我wo們men有you27個傳感器用來測量加速度、車輪速度、空氣溫度、燃料溫度、輪胎溫度、壓力、節流杆位置、刹車杆位置、操縱杆位置和懸架位移。
精確溫度測量
輪(lun)胎(tai)溫(wen)度(du)會(hui)顯(xian)著(zhu)地(di)影(ying)響(xiang)附(fu)著(zhe)摩(mo)擦(ca)力(li)，進(jin)而(er)影(ying)響(xiang)航(hang)跡(ji)時(shi)間(jian)。我(wo)們(men)有(you)三(san)個(ge)紅(hong)外(wai)傳(chuan)感(gan)器(qi)，它(ta)們(men)被(bei)安(an)裝(zhuang)在(zai)每(mei)個(ge)輪(lun)胎(tai)前(qian)的(de)懸(xuan)臂(bi)支(zhi)架(jia)上(shang)。輪(lun)胎(tai)對(dui)賽(sai)道(dao)的(de)控(kong)製(zhi)能(neng)力(li)會(hui)隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)而(er)提(ti)高(gao)，直(zhi)到(dao)輪(lun)胎(tai)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)性(xing)能(neng)，此(ci)後(hou)，輪(lun)胎(tai)對(dui)賽(sai)道(dao)的(de)控(kong)製(zhi)能(neng)力(li)會(hui)隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)而(er)降(jiang)低(di)。利(li)用(yong)24位精度的 cRIO-9211熱電偶模塊，我們甚至可以檢測到最輕微的溫度上升。我們的測試過程包括三個階段：
* 首先，我們調整懸架的外傾角和輪胎壓力，直到輪胎沿著胎麵均勻地受熱。
* 外加一個橫向加速度計，LabVIEW幫助我們勾畫出摩擦力係數與溫度間的函數關係。這個信息決定了輪胎控製性能峰值的溫度。
* 最後，我們對懸架設置（束角和外傾角）進行實驗，使輪胎溫度最接近地保持在控製性能峰值的溫度附近。
高速測量
由於方程式 SAE競(jing)賽(sai)的(de)技(ji)術(shu)性(xing)本(ben)質(zhi)，快(kuai)速(su)的(de)加(jia)速(su)度(du)和(he)高(gao)速(su)轉(zhuan)彎(wan)速(su)度(du)是(shi)在(zai)競(jing)賽(sai)中(zhong)取(qu)勝(sheng)的(de)關(guan)鍵(jian)。在(zai)我(wo)們(men)的(de)駕(jia)駛(shi)測(ce)試(shi)中(zhong)，我(wo)們(men)使(shi)用(yong)了(le)一(yi)個(ge)三(san)軸(zhou)的(de)加(jia)速(su)度(du)計(ji)來(lai)量(liang)化(hua)轉(zhuan)彎(wan)性(xing)能(neng)。橫(heng)向(xiang)加(jia)速(su)度(du)受(shou)靜(jing)態(tai)外(wai)傾(qing)角(jiao)、輪胎氣壓和輪胎溫度影響。析因實驗幫助我們找到外傾角和輪胎氣壓的最優設置。幾個駕駛員重複進行了這個測試。
一個霍爾效應傳感器被安裝在車前麵的垂直端來測量車輪的速度。 我們在刹車製動器的轉子上打下均勻間隔的孔作為目標。傳感器不能提供足夠大的電壓信號來切換數字輸入模塊的狀態，所以我們使用cRIO-9201模擬輸入模塊從讀取傳感器上的模擬數據並且獲得以公裏每小時表示的車輪速度。一周12個孔，而車輪的速度高達每秒鍾24轉，所以最小采樣速率為576 S/s是必需的。我們在 LabVIEW中使用了一個高優先級的定時環路，以確保足夠快的速率來采集這個數據。
在zai轉zhuan彎wan時shi最zui小xiao程cheng度du地di移yi動dong重zhong心xin使shi得de我wo們men的de汽qi車che具ju有you更geng強qiang的de可ke預yu測ce性xing和he更geng容rong易yi的de操cao控kong性xing。安an裝zhuang在zai減jian震zhen器qi上shang的de線xian性xing電dian位wei計ji可ke以yi測ce量liang汽qi車che轉zhuan彎wan時shi懸xuan梁liang的de位wei移yi是shi多duo大da。懸xuan梁liang調tiao整zheng後hou，我wo們men就jiu可ke以yi找zhao到dao在zai保bao持chi控kong製zhi性xing能neng的de前qian提ti下xia最zui小xiao化hua懸xuan梁liang位wei移yi的de設she置zhi。
駕駛員培訓
輪胎的附著摩擦力限製了橫向加速度和製動加速度。 一(yi)個(ge)熟(shu)練(lian)的(de)駕(jia)駛(shi)員(yuan)可(ke)以(yi)在(zai)這(zhe)個(ge)最(zui)大(da)加(jia)速(su)度(du)的(de)極(ji)限(xian)內(nei)駕(jia)駛(shi)。利(li)用(yong)一(yi)個(ge)三(san)軸(zhou)的(de)加(jia)速(su)度(du)計(ji)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)汽(qi)車(che)加(jia)速(su)度(du)的(de)大(da)小(xiao)。成(cheng)功(gong)的(de)駕(jia)駛(shi)員(yuan)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)節(jie)氣(qi)閥(fa)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)、製動壓力變換器和操縱角度電位計來確定賽車的運動趨勢。利用無線電通信，可以將上述信息傳播給駕駛員。 即時反饋可以幫助駕駛員了解汽車的限製， 這在競賽準備的訓練中是很有益的。
我們寫這篇文章的時候，距離方程式SAE競賽已過去三個月。預計有超過兩百個小時的時間被用於測試，Brigham Young University 的賽車設計工程師會繼續依靠NI 公司的硬件來優化賽車性能。NI CompactRIO係統的靈活性和 LabVIEW軟件編程的高效性，使得賽車的性能在競賽前不斷提升。質量測試設備和流程最終幫助楊百翰大學取得了第一名的好成績。
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