摘要：本文介紹了路譜模擬系統的系統結構與組成形式，以Labview軟件作爲開發工具實現了系統軟件的操作簡便性，可視化性，精確性，並重點介紹了基於Labview與Matlab節點的設計方法。最後透過實驗臺架的測試驗證了此係統的有效型與可靠性。
關鍵詞：路譜模擬 Labview Matlab節點
一、前言
路譜模擬系統可以在試驗室內模擬再現整車在實際路面上行駛的執行工況，從而完成對汽車零部件性能檢測的試驗項目。精確、可靠的道路模擬系統可以縮短新產品的開發週期，降低開發成本，提高產品開發質量。Labview軟件具有設計介面友好、手工編碼少的優點，而matlab軟件具有強大的數學處理計算能力。本文結合這兩種開發環境的優勢，以某公司試驗室的激振實驗臺爲基礎研究對象，採用軟件聯合的方法，開發設計了路譜模擬系統。
二、路譜模擬系統的實現
2.1 系統簡介
路譜模擬系統的總體設計主要包括硬件和軟件兩個部分。硬件的主要功能在於可靠地實現路譜信號的傳遞、執行，並且確保試驗過程安全、穩定。硬件主要包括車輛激振臺、功率放大器、USB數據採集器、加速度傳感器、力傳感器以及連接各個模組的線纜。軟件的主要功能是生成路譜信號，標準信號或隨機信號並提供可視化介面供操作人員實現對試驗任務的設定、開始與停止。其中軟件的設計採用了結合了Labview和Matlab的聯合編程方法。
系統的工作過程描述爲：由試驗人員設定試驗車輛數據、路面等級、車速等參數，由軟件模擬器對相應的參數計算得到對應的路面譜時域信號數據，將生成的信號以數組的形式下載給USB3020數據採集器，數據採集器進行模擬輸出，經過功率放大器的電壓轉換作用，以電壓的形式控制激振臺動作，安裝在被測車輛上的加速度和力傳感器將振動數據傳給控制檯監視軟件來檢測數據的.可靠與正確性。
2.2 基於Labview的路面模擬系統介面實現
本文以軟件的操作簡便性，可視化性，數據生成精確性爲設計目標，基於Labview對路面譜模擬程序進行實現。模擬軟件功能包括：路譜參數的設定，其他信號參數的設定，通道輸出開啓控制，信號的生成，生成信號數據顯示，測試過程的控制等。
介面左側主要用於偏好設定與參數修改，涉及到的功能包括模擬信號類型的轉換，信號頻率，幅值等重要參數的設定，路譜等級及車型等參數的設定，傳遞函數方法的選擇以及數據輸出通道的開啓或關閉。這些功能爲試驗人員在試驗過程中提供了良好的可操作性，試驗人員可以根據當前的試驗要求對試驗參數進行設定，設定過程快速，有效，簡潔。
介面右側主要用於檢視各個通道生成信號的時域圖形和頻域圖形並且設定實驗總時長以及試驗的開始，停止。其功能按鈕的控制響應快速，保證了試驗的可操作性。
路譜模擬系統包括軟、硬件兩個部分，所以在進行軟件設計的時候，要考慮到軟件與硬件的匹配。本文采用以Labview編程語言編寫USB3020數據採集器控制程序的方法，利用USB3020提供的庫函數實現軟、硬件的結合。圖1即爲USB3020提供的庫函數。
由圖1可以看出，其庫函數連接也是具有圖形化和數據流的特點。提供設定可以在labview中進行加載。實現的功能有：USB3020數據採集器設備的初始化，數據寫入設備快取區，輸出數據的同步，輸出數據的觸發，設備的清除數據以及設備的釋放。將這些庫函數嵌入在系統軟件中，實現對硬件的驅動。
三、Labview的Matlab的混合編程
本文采用基於節點法labview與matlab混合編程實現友善操作介面與複雜運算的結合。主要實現功能模組爲路譜信號的生成，主要使用了Matlab腳本節點，其位置在Labview程序框圖>>函數>>數學>>腳本與公式。Matlab腳本節點是實現Labview和Matlab兩者相結合的最主要的方法。在調用時選中Matlab腳本節點放置到框圖上並調節到合適的大小，可以在其中手動輸入腳本，也可以右鍵點擊匯入來匯入已經寫好的腳本。Matlab腳本節點與它外部Labview框圖程序靠腳本節點的輸入輸出來連接，其輸入和輸出的設定可以在腳本節點的快捷選單中選擇添加輸入和添加輸出。
因爲Labview和Matlab是兩種不同的編程語言，有各自的數據類型定義，所以結合應用時必須注意Matlab腳本節點內外數據類型的匹配。即Labview程序框圖的數據類型要與腳本節點端子的變量數據類型一致，腳本節點端子的變量數據類型要與腳本內程序的數據類型一致。可以在腳本節點上的輸入輸出端子上點擊右鍵選擇數據類型。
在腳本節點調試時可能會遇到在Matlab中執行良好的程序代碼進入腳本節點之後報錯的情況，因爲在變量匯入中會存在維數變換問題，例如行向量進入腳本節點運算程序後可能會轉化爲列向量，造成節點內矩陣運算出錯。初步設計時可以考慮代碼逐條匯入的方法檢測
其執行出錯的位置再針對性檢測出錯原因。針對維數變換問題，設計時可以利用增大輸出變量維數並檢視其數組大小的方法來檢測其維數變換情況。例如，將一維數組設定爲二位數組數據類型輸出再檢視其數組大小，行向量則爲(n，1)，列向量則爲(1，n)。若存在維數問題，在腳本節點內轉置即可。另外，在腳本節點右下角有一個容錯端子，設計時可將錯誤端子輸出檢視，方便調試。圖2即爲路譜計算時調用的Matlab節點程序。
可以發現在Labview中不容易編寫的運算程序在腳本節點內可以實現難度降低了很多，而保證匯入變量和輸出變量數據類型的一致是一個關鍵點。值得注意的是腳本節點內程序運算速度明顯比Matlab環境下運算速度慢，所以循環數量大、運算時間長、方法複雜的程序利用腳本節點方法時需要精細設計。
四、程序執行驗證
對設計的程序進行了試驗執行。設定參數爲：車輛輪距1.6m，車輛軸距1.8m，參考車速50km/h，路面等級D，路面仿真結果如圖3。其中左上圖爲左前輪路譜曲線，右上圖爲右前輪路譜曲線，左下圖爲左後輪路譜曲線，右下圖爲右後輪路譜曲線。
由圖3看出，左輪前後有路面波形一致，但具有一定相差，同時右輪也具有類似的結論。說明路面模擬系統生成路譜信號與實際執行一致，該設計方法可行。
五、結語
本文基於Labview軟件採用與Matlab聯合編程的方法設計了路譜模擬軟件，透過理論分析、軟硬件聯合調試和程序執行驗證等保證了系統的可靠性、準確性，結果表明由模擬系統生成的路譜信號與監控臺採集得到的信號一致，軟件控制響應迅速，使用過程系統穩定。
所開發的系統在某公司試驗檯上已經進入了生產執行，系統執行穩定可靠。該設計方法可行和有效。
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