CN103900822A - 发动机台架性能柔性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机台架性能柔性测试系统，包括数据采集层（13）、数据计算层（15）、参数设置层（14）、数据显示层（16）、数据存储层（17）及数据处理层（18）；数据采集层通过多端口多协议采集通道（12）与数据采集设备（11）相连，该数据采集层是用户在可开发动态链接库（DLL）的开发环境下开发的数据处理动态链接库（DLL），遵循已规定的接口定义规则的数据处理模块；参数设置层用于使参数与采集端口一一对应，并设定相应参数的优先级，保证数据采集速度及多通道大数据量的数据采集；然后通过参数设置层的调配进行数据计算，接着发送给数据显示层进行显示，以及报警、控制等操作，同时在数据存储层进行存储。

Description

发动机台架性能柔性测试系统

技术领域

    本发明涉及一种发动机性能测试系统，尤其涉及一种发动机台架性能柔性测试系统。

背景技术

发动机是汽车动力的来源，发动机性能的优良是汽车产生负面影响的关键因素。采用石油作为动力源的发动机在工作过程中会排放出众多的有害有毒物质，其中主要是NOx、CO、CH等有害气体和固态微粒，这些直接影响到人类的健康和安全；人们在乘坐汽车的同时越来越注重乘坐舒适性和安全性，希望汽车的振动和噪声越小越好、故障发生率越低越好，这都与发动机的测试息息相关。发动机的好坏直接关系到汽车工业的发展进程，现代汽车技术越来越注重发动机的性能，对发动机的测试精度和控制要求也越来越高。在汽车设计生产过程中进一步控制发动机的性能，有效地对汽车发动机性能进行测量并对结果进行分析处理，使其具有很高的实用性和经济效益变得尤为重要。

发动机结构设计是否合理，运行情况是否稳定，不同工况条件下的运行状态是否正常，都需要测试系统进行数据采集与测试分析，所以系统框架设计合理，运行稳定可靠，测试快速准确，操作灵活方便的测试系统对于发动机相关特性信息的反应尤为重要。随着测试任务对系统灵活性和测试成本要求的越来越严格，传统的测试系统逐渐暴露了其最大的缺陷：传统测试和控制系统绝大多数都是针对生产厂商的某一特定产品开发的，实现特定的测试功能，专机专用，即测试任务一旦更改需要重新搭建软硬件系统，硬件仪器需要重新选择，上位机应用程序重新编写，通信协议的多样性使系统的搭建更加复杂。传统测试方法的最大缺点是功能单一，价格昂贵，灵活性及开放性差。这延长了测试任务的周期，增加了测试的成本，提高了多任务测试的复杂性，不符合测试任务对测试系统灵活搭建和快速搭建的发展要求，且可操作性差，系统采集速度慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机台架性能柔性测试系统，该系统能对数据采集设备端口的多种通信协议兼容，提高发动机测试数据采集速度，改善发动机测试系统的可操作性，降低发动机测试系统的成本。

    为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案： 

一种发动机台架性能柔性测试系统，包括数据采集层、数据计算层、参数设置层、数据显示层、数据存储层及数据处理层；

所述数据采集层通过多端口多协议采集通道与数据采集设备相连，数据采集层支持多种采集设备的输入，该数据采集层是用户在可开发动态链接库（DLL）的开发环境下开发的数据处理动态链接库（DLL），遵循已规定的接口定义规则的数据处理模块； 

所述数据计算层，用于对不同数据采集设备的采集数据进行数据分割、平均计算，提取出有效数据，并统一数据格式；

所述参数设置层，用于使参数与采集端口一一对应，并设定相应参数的优先级，保证数据采集速度及多通道大数据量的数据采集；

所述数据显示层，通过多种形式对用户希望显示的数据进行实时显示，并提供用户自定义操作；

所述数据存储层，能根据测试任务动态生成数据库，用于对数据进行实时存储，及后期数据分析；

所述数据处理层，用于后期的数据处理。

所述数据采集层是用户能根据实际测试所需调用已有数据处理动态链接库（DLL）内的数据处理过程。

所述数据采集层能兼容串口、USB、CAN及TCP/IP通信协议，在系统框架下通过安装设备驱动，调用设备的动态链接库（DLL）添加新的采集设备或通信协议。

所述数据计算层包含一个虚拟的“设备库”，根据不同的通信协议及端口设备，调用不同的“设备库”内的代码，对采集数据进行不同的计算、分割、求平均值的数据处理。

所述参数设置层包含为参数设立的各个属性，包括：参数上下限、端口类型、优先级，其中：端口类型属性使参数与采集端口及相关通信协议对应，且标明了在数据计算层要调用设备库内的代码，优先级则表明了参数的采集速度。

所述数据计算层的数据输出采用多线程技术。所述数据计算层的数据输出采用多线程技术并在各个线程中使用高速定时器timeSetEvent、高精度计数器Query Performance Frequency。

所述数据显示层包含teechart插件，该插件构建了曲线显示模块、数字显示模块和仪表显示模块，通过VC++面向对象的编程方法，提供给用户丰富灵活的操作。

所述数据存储层使用ADO技术，能根据测试任务的需要及参数的设定，动态建立数据库及表，根据字段名进行存储和读取。

本发明发动机台架性能柔性测试系统由于采用了上述技术方案，与现有测试系统相比，其积极效果是：

（1）基于 Visual C++ 构建的测试系统框架，采用了“柔性测试”技术，使得测试系统具有通用性、合理性和良好的扩展性。

（2）数据采集层采用安装设备驱动及开发动态链接库（DLL）的方式进行开发，使基于虚拟仪器理念开发的数据采集层“模块库”能支持多种设备及不同通信协议，针对用户不同的测量要求依据规定好的接口规则开发新的数据采集模块，或修改现有数据采集模块的动态链接库（DLL）中的数据处理过程，与现有技术相比，明显提高了发动机测试系统的开发效率，降低了开发的成本和风险。

（3）数据采集层兼容串口、USB、CAN及TCP/IP等多种通信协议及采集设备，当测试任务更换后，如有需要部分数据采集设备可在新的测试任务中重复使用，且可方便的添加新的采集设备，与现有技术相比，明显提高了采集的重用效率，及新设备的兼容性。

（4）系统使用多线程技术，为每个参数提供一个采集通道，使用高速定时器timeSetEvent、高精度计数器Query Performance Frequency，提高了每个通道的采集速度及精度，与现有技术相比，提高了系统多通道高速采集的能力。

（5）基于Viusal C++（简称VC++）面向对象的编程思想及采用teechart插件开发的系统操作界面，teechart是功能强大的图标类控件，提供了丰富灵活的用户自定义功能，参数设置层和用户界面自定义功能可使用户在无需掌握系统开发语言的情况下，通过了解测试任务，设置不同的参数，来针对新的测试任务使用发动机测试系统。

（6）数据存储层使用ADO技术（ADO的全名是ActiveX Data Object(ActiveX数据对象)，根据采集速度需求创建高速存储表和低速存储表，使高速采集数据与低速采集数据分离，避免采集速度之间的相互干扰，同时使用ADO技术存储读取时仅按字段名进行，无需遍历整个数据库字段进行搜索，与现有技术相比提高了存储及读取速度。 

附图说明

图1为本发明发动机台架性能柔性测试系统结构示意图；

图2为本发明对于多通道高速数据采集的实施过程示意图。

图中：11数据采集设备，12多端口多协议采集通道，13数据采集层，14参数设置层，15数据计算层，16数据显示层，17数据存储层，18数据处理层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，一种发动机台架性能柔性测试系统，包括数据采集层13、数据计算层15、参数设置层14、数据显示层16、数据存储层17及数据处理层18。

所述数据采集层13通过多端口多协议采集通道12与数据采集设备11相连，数据采集层13支持多种采集设备的输入，该数据采集层是用户在可开发动态链接库（DLL）的开发环境下开发的数据处理动态链接库（DLL），遵循已规定的接口定义规则的数据处理模块；其兼容多种通信协议及通信端口，且可方便扩展，用户设立测试项目时不需过多的考虑硬件采集设备兼容问题。所述数据计算层15用于对不同数据采集设备的采集数据进行数据分割、平均计算，提取出有效数据，并统一数据格式。所述参数设置层14用于使参数与采集端口一一对应，并设定相应参数的优先级，保证数据采集速度及多通道大数据量的数据采集。所述数据显示层16通过多种形式对用户希望显示的数据进行实时显示，并提供用户丰富多样的自定义操作。所述数据存储层17能根据测试任务动态生成数据库，用于对数据进行实时存储，及后期数据分析，数据存储层17使用ADO技术，可根据测试任务的需要及参数的设定，动态建立数据库及表，根据字段名进行存储和读取。所述数据处理层17用于后期的数据处理。

所述参数设置层14作为数据采集层13的输出端，根据参数设定的属性，将参数与相应的端口对应，并调用“设备库”内的代码对相应端口的数据在数据计算层15做特定的数据计算或不经数据计算层15，直接向上一层传递给。数据显示层16与数据存储层17根据用户的设置进行显示和/或存储,且存储层可根据参数优先级，将高速数据与低速数据分别存储。数据处理层18采用ADO技术从数据存储层17中读取数据进行数据的后期处理与分析。

所述数据采集层13、数据计算层15、参数设置层14、数据显示层16、数据存储层17及数据处理层18构成了上位机，上位机的数据采集层13通过多端口多协议采集通道12与硬件数据采集设备11相连，数据采集设备11与需测试的发动机设备相连，上位机采用Viusal C++面向对象的编程思想进行编写。

本发明的一种变化实施方式中，对于数据采集层13，可兼容串口、USB、CAN及TCP/IP等多种通信协议，用户可根据测试任务及参数需求对采集端口及通信协议进行选择，且在系统框架下可通过安装设备驱动，调用设备的动态链接库（DLL）方便的添加新的采集设备或通信协议，如有需要用户也可以根据实际测试所需重新编写或调用已有数据处理动态链接库（DLL）内的数据处理过程。数据采集层13的数据采集通过使用多线程技术、高速定时器timeSetEvent、高精度计数器QueryPerformanceFrequency，能保证多通道高速数据采集的实时性要求。数据采集层13代替实际仪器提高了程序的灵活性和扩展性，当测试任务发生变化时，用户只需要针对测试任务重新设置参数设置层14中的信息即可，这样显著地提升了开发测试系统的效率，符合柔性测试的理念；另一方面，数据采集层13类似于虚拟仪器的编程方式显著降低了针对硬件设备更改的风险和成本。

在一种变化的实施方式中，所述数据计算层15包含一个虚拟的“设备库”，根据不同的通信协议及端口设备，调用不同的“设备库”内的代码，对采集数据进行不同的计算、分割、求平均值等数据处理。添加新设备后，需在“设备库”内设立相关属性，添加对应代码，来对新设备的采集数据进行数据计算与处理。

在一种变化实施方式中，用户可以通过参数设置层14提供的用户自定义界面，使参数与采集端口形成一一对应的采集通道，从而规定各个采集通道的参数属性，其中主要包括采集频率，端口类型，数据包长度，触发采集/循环采集类型，优先级等。其中：端口类型属性使参数与采集端口及相关通信协议对应，且标明了在数据计算层要调用设备库内的代码；参数设置层14的优先级属性可以使高速采集数据与低速采集数据通过多线程技术在不同的采集通道中分开进行，且存储在不同的数据库表中，从而保证了多通道大数据量采集的实时性。

  在一种变化的实施方式中，所述数据显示层16包含teechart插件，该插件构建了曲线显示模块、数字显示模块和仪表显示模块，通过VC++面向对象的编程方法，提供给用户丰富灵活的操作，其中包括数据是否实时显示、数据显示的控件类型、数据是否保存、数据存储的位置、存储频率、显示界面各控件属性设置中的一种或多种。

本发明一种发动机台架性能柔性测试系统对于多通道高速数据采集的实施过程如下：

参见图2，数据由硬件数据采集设备11进行采集，然后通过多端口多协议采集通道12将数据传递给发动机台架性能柔性测试系统的数据采集层13。由于本发明是柔性测试系统，为了针对不同的测试任务，提供给用户灵活的设置与操作，所以参数与端口并不是固定的，而是通过在参数设置层14中设置相关属性，通过调用相关模块使用户设置的参数与设置的端口完成对应的目的。其中端口类型141模块使用了VC++面向对象的编程思想，在参数设置层14提供给用户相关的设置选项，为每一个定义好的参数选择其数据来源的端口，这样，就使参数与其数据来源在数据采集层13上实现了“软连接”。

参数1、参数2、参数3……参数N等参数采集到相应的数据后，便将数据传递给数据计算层15，此时参数的“端口类型”属性及其他的相关属性便成为了参数调用的参数设置层14中设备库142的标志。举例说明，如参数3的数据来源为串口，且包含3个有效数据，每个数据的有效位数为8，那么在参数设置层14提供的参数设置界面上会有相应的属性供用户选择，然后根据这些属性设置好的串口波特率进行数据采集，并在参数计算层15调用设备库模块142内对应的代码或函数，将该参数的数据源按标志位分割为3份，并提取出每份的8为有效数据。又如参数4与CAN总线的计数器发送的计数值软连接，由于参数是定时采集，所以需对定时周期内获得的数据进行求平均值计算，则可根据相关设置属性，调用设备库模块142内对应的代码或函数对该数据进行平均值计算，从而获得有效值。此外数据计算层15将所有的有效数据设定为统一的格式，以便后续的数据处理，存储及显示。参数设置层14中设备库142的理念与现有计算相比，保证了系统的通用性、兼容性，且对于程序员来说扩展方便，只需设立调用的标志位，及相关代码或函数即可。

参数数据经数据计算层15后得到统一的帧格式数据，然后按照优先级属性，通过参数设置层14中的优先级模块143将不同优先级，即不同采集速度的数据分成不同通道向上层传输，图2中只表示了两个通道，但在实际使用时可根据用户对优先级等级的设置开设多个通道。以图2所示的两个通道进行说明，若某几个参数的优先级为高，则通过调用高速定时器timeSetEvent函数及高精度计数器Query Performance Frequency函数进行，设立一个高速数据传输通道，该通道的采集周期很短一般为毫秒级。同时在参数显示层16可根据实时显示界面提供的曲线显示模块161、数字显示模块162及仪表显示模块163通过用户的设定进行实时显示，在数据存储层17动态创建一个高速数据存储数据库表171，用来接收高速采集数据。优先级低的数据，则将高速定时器timeSetEvent函数及高精度计数器Query Performance Frequency函数的周期值设置的较大，如设置成500ms，同时也可根据用户的设置，与曲线显示模块161、数字显示模块162及仪表显示模块163连接进行实时显示，在参数存储层17动态创建一个低速数据存储数据库表172，用来接收低速采集数据。此外在低速通道还应采用循环缓存技术，以避免优先级较低的低速采集通道由于线程阻塞而造成的数据丢失。与现有技术相比，本发明通过上述方法保证了系统的多通道大数据量采集。 

参数显示层16中的曲线显示模块161、数字显示模块162、仪表显示模块163及其他设置模块164，可添加、拖动、编辑、删除等，提供了丰富多样的用户操作，充分体现了柔性测试技术的特点。

本发明发动机台架性能柔性测试系统针对传统的发动机测试系统的缺陷，融入了“柔性测试”技术的思想。柔性测试的思想主要体现在 ：（一）数据采集层，具有多端口多通信协议的兼容性，可支持多种采集设备的输入，使用者可以根据系统框架定义柔性开发和扩展数据采集层，从而针对不同的测试任务开发相应的测试系统；（二）参数设置层，提供柔性的用户自定义功能，可使参数与采集通道软连接，从而保证新测试任务的快速开发；（三）使用Windows的多线程技术，采用多媒体高速定时器timeSetEvent、高精度计数器QueryPerformanceFrequency，实现了数据的多通道高速采集；（四）使用 Visual C++ 面向对象的编程方法及teechart插件，使用者可以自定义数据的后续处理，包括数据是否即时显示，数据是否保存，数据存储频率，显示界面的控件类型，各控件的属性设置等，实现柔性设置的目的。

本发明的柔性测试系统的数据采集层13与数据采集设备11及多端口多协议采集通道12通信，根据设置信息进行数据采集，然后通过参数设置层14的调配在数据计算层15进行数据计算，接着发送给数据显示层16进行显示，以及报警、控制等操作，同时在数据存储层17进行存储，数据处理层18获取数据存储层17存储的数据后用于后期的数据处理，参见图1。

本发明发动机台架性能柔性测试系统，克服了传统测试系统的缺陷，满足了现代测试任务的需求，提高了更新测试任务的效率，降低了系统开发的风险和成本，柔性测试技术的引入解决了传统测试系统扩展性、灵活性不足的问题。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：包括数据采集层（13）、数据计算层（15）、参数设置层（14）、数据显示层（16）、数据存储层（17）及数据处理层（18）；

所述数据采集层（13）通过多端口多协议采集通道（12）与数据采集设备（11）相连，数据采集层（13）支持多种采集设备的输入，该数据采集层（13）是用户在可开发动态链接库（DLL）的开发环境下开发的数据处理动态链接库（DLL），遵循已规定的接口定义规则的数据处理模块； 

所述数据计算层（15），用于对不同数据采集设备（12）的采集数据进行数据分割、平均计算，提取出有效数据，并统一数据格式；

所述参数设置层（14），用于使参数与采集端口一一对应，并设定相应参数的优先级，保证数据采集速度及多通道大数据量的数据采集；

所述数据显示层（16），通过多种形式对用户希望显示的数据进行实时显示，并提供用户自定义操作；

所述数据存储层（17），能根据测试任务动态生成数据库，用于对数据进行实时存储，及后期数据分析；

所述数据处理层（18），用于后期的数据处理。

2.根据权利要求1所述的发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：所述数据采集层（13）是用户能根据实际测试所需调用已有数据处理动态链接库（DLL）内的数据处理过程。

3.根据权利要求1或2所述的发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：所述数据采集层（13）能兼容串口、USB、CAN及TCP/IP通信协议，在系统框架下通过安装设备驱动，调用设备的动态链接库（DLL）添加新的采集设备或通信协议。

4.根据权利要求1所述的发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：所述数据计算层（15）包含一个虚拟的“设备库”，根据不同的通信协议及端口设备，调用不同的“设备库”内的代码，对采集数据进行不同的计算、分割、求平均值的数据处理。

5.根据权利要求4所述的发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：所述参数设置层（14）包含为参数设立的各个属性，包括：参数上下限、端口类型、优先级，其中：端口类型属性使参数与采集端口及相关通信协议对应，且标明了在数据计算层要调用设备库内的代码，优先级则表明了参数的采集速度。

6.根据权利要求5所述的发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：所述数据计算层（15）的数据输出采用多线程技术。

7.根据权利要求6所述的发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：所述数据计算层（15）的数据输出采用多线程技术并在各个线程中使用高速定时器（timeSetEvent）、高精度计数器（Query Performance Frequency）。

8.根据权利要求1所述的发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：所述数据显示层（16）包含teechart插件，该插件构建了曲线显示模块、数字显示模块和仪表显示模块，通过VC++面向对象的编程方法，提供给用户丰富灵活的操作。

9.  根据权利要求1所述的发动机台架性能柔性测试系统，其特征是：所述数据存储层（17）使用ADO技术，能根据测试任务的需要及参数的设定，动态建立数据库及表，根据字段名进行存储和读取。

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