Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Koncept systému ukládání dat měření na válcovém dynamometru Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D.
Vypracoval: Brno 2007
-2--
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Koncept systému ukládání dat měření na válcovém dynamometru vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne…………………………………. podpis diplomanta………………….
-3--
PODĚKOVÁNÍ Děkuji touto cestou vedoucímu bakalářské práce Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za jeho cenné rady a podnětné připomínky.
-4--
Název práce:
Koncept systému ukládání dat na válcovém dynamometru
Ústav:
Ústav techniky a automobilové dopravy
Autor:
Marek Šipr
Vedoucí BP:
Ing. Jiří Čupera, Ph.D.
Datum:
6.května 2008
Klíčová slova:
Ascii, Xml, Xls, Can-bus
Anotace:
Tato bakalářská práce, dává přehled o provozu a funkcích
válcového dynamometru. Popisuje
činnost ovládacího softwaru. Navrhuje další
možnosti využití přídavných převážně softwarových zařízení, pro ještě efektivnější využití měření na válcovém dynamometru.A návrh distribuovaného systému měření na válcovém dynamometru.
-5--
Thesis title:
Draft of systém of saving data of measurement on the roller dynamometer
Department:
Department of Engeneering and Automobile transport
Author:
Marek Šipr
Supervisor:
Ing. Jiří Čupera, Ph.D.
Date:
6.May 2008
Key words:
Ascii, Xml, Xls, Can-bus
Annotation:
This bacalary thesis gives the overview of functions of
roller dynamometter. Describe aktivity on control software on roller dynamometter. Propose next posibility of use new software instruments for more efficient using measurement on roller dynamometter. And propose distribution system of measurement on roller dynamometter.
-6--
OBSAH 1.
ÚVOD ......................................................................................................................................... - 8 -
2.
CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE......................................................................................... - 10 -
3.
SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY ................................................ - 11 -
3.1 Úvod do konstrukce a provozu válcového dynamometru ....................................... - 11 3.2 Charakteristika válcové zkušebny................................................................................... - 14 3.3 Prováděné zkoušky.............................................................................................................. - 15 3.4 Náhrada mechanických řešení digitálním řízením ..................................................... - 16 3.5 Možnost využití moderních informačních technologií ............................................. - 18 3.6
Metody
regulace
válcového
dynamometru
pro
simulace zatížení spalovacích motorů v dynamických režimech .................................. - 18 4. OSCILOSKOP........................................................................................................................... - 27 4.1 Seznámení s osciloskopem a jeho využití..................................................................... - 27 4.2 Zpracování osciloskopického signálu ............................................................................ - 27 -
5.
DATABÁZE PRO ZPRACOVÁNÍ DAT Z VÁLCOVÉHO DYNMOMETRU 28 -
5.1 Ascii ......................................................................................................................................... - 28 5.2 Xml........................................................................................................................................... - 31 5.3 Xls............................................................................................................................................. - 33 5.5 Hodnocení datových sběrnic............................................................................................. - 40 6.
NÁVRH MODELU DISTRIBUOVANÉHO SYSTÉMU
7.
ZÁVĚR..................................................................................................................................... - 44 -
8.
SEZNAM LITERATURY ................................................................................................ - 45 -
9.
SEZNAM OBRÁZKŮ........................................................................................................ - 45 -
-7--
MĚŘENÍ.......... - 42 -
1. ÚVOD
V současné době se vývoj automobilů posouvá kupředu stále větší rychlostí, automobily jsou spolehlivější, úspornější, mají stále delší životnost a v neposlední řadě jsou stále výkonnější a bezpečnější. Dnes už jen obtížně budete v autosalonech nacházet automobily, které nejsou vybaveny protiblokovacím systémem ABS, protiskluzovou regulací ASR, systémem regulace jízdní stability vozidla ESP, posilovačem řízení tzv.
servo řízení, jen zřídka naleznete automobil s dieslovým motorem, který není doplněn o turbodmychadlo. Benzínové motory jsou stále výkonnější a spolehlivější především díky dlouhodobým vývojům nových technologií, ať už jsou to výkonnější řídící
jednotky motorů se stále rychlejšími a spolehlivějšími softwary nebo jen dokonalejší zpracování mechanických součástek motorů. Vývoj automobilů posouvá kupředu především automobilový sport. Ať už se jedná o závody automobilů na uměle vybudovaných okruzích jako jsou např. formule 1, nascar nebo závody automobilů na přírodních tratích jako rally, či prestižní závody Paříž-Dakar. Stejně rychle se vyvíjí i další dopravní prostředky jako motocykly,kde je
nejrychlejší vývoj pro stroje, na kterých se jezdí Velké ceny a Grand prix a nákladní automobily. Pro tato odvětví motorismu se vývoj nových technologií posouvá kupředu nejrychleji, tyto technologie jsou vyvíjeny v laboratorních podmínkách, kde se i testují. Valná většina technologií souvisí s výkonem vozidel a s brzdnými soustavami aby bylo možné stále výkonnější stroje ovládat. Pro lepší ovládání automobilů se současně vyvíjí i lepší a přesnější systémy řízení. Pokud se nově vyvinuté součástky dopravních strojů osvědčí v laboratořích, přejde se k jejich použití u závodních strojů, pro které jsou vyráběny. Některé technologie které projdou tímto vývojem a osvědčí se i na závodních okruzích jsou následně využívány i v sériové výrobě nových dopravních prostředků. Aby byl řidič schopen bezpečně ovládat automobil dopomáhají mu k tomu
výše uvedené systémy, které v dřívější době byly spíše součástí nadstandardní výbavy automobilů ale dnes se jich stále více stává běžnou součástí a někdy už i nutností. Je to dáno především vzrůstajícím provozem na pozemních komunikacích. Automobily vybavované novými technologiemi jsou podrobovány zkouškám na válcových dynamometrech odkud výrobci automobilů a především vědci, kteří pracují na jejich vývoji získávají cenné informace pro další postup vývoje těchto technologií.
-8--
Na válcových dynamometrech coby válcových zkušebnách se provádí především zkoušky výkonů a brzdných účinků automobilů. Dále je zde možné měřit spotřebu paliva automobilu nebo výkonnost elektronických systémů automobilu. Data získaná tímto měřením, později slouží k přesnějšímu nastavení automobilu pro potřeby určitého řidiče, například pokud se jedná o závodní automobil nebo pro optimální
nastavení parametrů automobilu pro sériovou výrobu.
-9--
2. CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Cílem této bakalářské práce je seznámit se s možnostmi,výhodami a nevýhodami systémů ukládání a zpracování dat,získaných zkouškami a měřením na válcovém dynamometru a zpracovat analýzu jejich vhodnosti pro další vyhodnocení získaných údajů potřebných pro co nejpřesnější a nejefektivnější seřízení a nastavení
automobilů, měřených na válcovém dynamometru. Význam této práce spočívá v tom, že softwarové vybavení zkušebny by mohlo pracovat ještě výhodněji a s ještě větším množstvím dat a to především ze samotného automobilu. Válcový dynamometr má velké množství vlastních měřících členů ale nemůže měřit veškeré hodnoty, které v danou dobu současně zpracovává automobil.
Jedná se například o informace vyměňované ve sběrnici Can bus vlastního automobilu.
- 10 - -
3. SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY
3.1 Úvod do konstrukce a provozu válcového dynamometru Vozidlová válcová zkušebna se stejnosměrnými dynamometry 4VDM E120 představuje moderní měřící zařízení pro zkoušení výkonu a brzd osobních a užitkových automobilů do výkonu 240 kW na každé ose (nápravě), do rychlosti 200km/hod. Použití stejnosměrných dynamometrů na každém válci (kole vozidla) a elektricky ovládaných spojek umožňuje konfigurovat
zkušebnu podle požadované zkoušky a provádění
autokalibrací zkušebny, případně kalibraci s vozidlem. Vzhledem k integrované setrvačné hmotnosti (definované), umožňuje provádět jak statické tak dynamické zkoušky. Max zkušební rychlost 200 km/hod, max. zatížení nápravy 2000 kg, průměr
válců 1,2 m, šířka válců 600 mm, mezera mezi válci 900 mm, setrvačná hmotnost válců na ose 1130 kg. Vozidlová válcová zkušebna se stejnosměrnými dynamometry pro zkoušení výkonu a brzd traktorů a nákladních vozidel VDU E270 (zadní náprava) + VDU E150 (přední náprava), představuje moderní měřící zařízení pro zkoušení výkonu a brzd traktorů do výkonu 270 kW na zadní ose a 150 kW na přední ose a do rychlosti 16 km/hod. Použití dynamometrů na každém válci (kole vozidla) a elektricky ovládaných
spojek umožňuje konfigurovat zkušebnu podle požadované zkoušky a provádění autokalibrací zkušebny, případně kalibraci s traktorem, zkušebna je určena pro provádění statických zkoušek a umožňuje také zatěžování traktoru přes zadní hřídel pomocí výřivého dynamometru. Konstrukční řešení vychází z tuhých základních rámů, na kterých jsou umístěny ložiska válců o průměru 1,2 m, stojin a základních rámů se ss. elektrickými dynamometry. Tyto rámy se stojinami tvoří základní bloky jednotlivých os. Blok přední osy je umístěn pevně, blok zadní osy posuvně v rozmezí požadovaného rozvoru, společně s přední osou vozidlového dynamometru VDU E120 T. Spojení levého a pravého válce zajišťuje elektricky ovládaná frikční spojka. Rozpojení pravého a levého válce umožňuje dynamické měření brzdných sil z vysokých rychlostí.
- 11 - -
Propojení válcových jednotek s el. dynamometry typu SDS 225 5604 je provedeno pomocí ozubených
řemenů. Každý válec je vybaven pneumaticky
ovládanými brzdami pro umožnění najetí vozidla a bezpečnostní zabrždění. Dále je každá válcová jednotka vybavena pneumaticky ovládaným nájezdovým a středícím zařízením a měřícími rolnami s odsouvatelným krytem. Obě osy jsou umístěny na
konstrukci z ocelových profilů upevněné na základním rámu, který je zalit betonem na dně montážní jámy. Na základním rámu jsou rovněž uchyceny podpěry pevného a posuvného krytí vozidlového dynamometru. V podlaze okolo montážní jámy jsou zality kotvící drážky pro upevnění úvazků vozidla. Celá plocha okolo vozidlového dynamometru je v rovině podlahy překryta ocelovými krycími plechy. Přívod chladícího vzduchu do montážní jámy je vyústěn pod jednotlivými osami uprostřed (v zapuštěném kanálu). Před zkoušeným vozidlem je umístěn ventilátor náporového chlazení s usměrňovací hubicí, připojený pohyblivým přívodem do zásuvky spínané přes ovládací klávesnici z kabiny vozidla.
Obrázek 1- schéma kompletní zkušebny
Vozidlová zkušebna sestává z dynamometru pro osobní automobily 4VDM-E120D a traktorového dynamometru VDU-E270T–E150T.
- 12 - -
Obrázek 2- Schéma zkušebny 4VDM E120D a VDU E270T – E150T
Velmi důležitou součástí zkušebny je také vzduchotechnika a spalinové hospodářství. Podtlak v mísnosti lze regulovat od 5 do 300 Pa, přičemž vyměněné množství vzduchu činí až 25 000 m3/h. U výfukových plynů lze regulovat množsví
ručně či v závislosti na odebíraném výkonu motoru a to až do 24 000 m3/h.
- 13 - -
3.2 Charakteristika válcové zkušebny
Obrázek 3- Měření na válcovém dynamometru na MZLU v Brně
Vývoj a výzkum spalovacích motorů si nelze představit bez měření a testování na motorových dynamometrech. Ovšem testování celého hnacího ústrojí vozidla, ověření zástavy motoru s příslušenstvím do vozidla a pověření komplexní elektronické regulace hnacího ústrojí je možné provádět až při jízdních zkouškách. Tyto jsou ovšem finančně náročné a přinášejí mnoho problémů s mobilní technikou. Proto je snahou
přenést co nejvíce jízdních zkoušek na testy na válcové zkušebny. Válcové zkušebny nové generace jsou charakterizovány těmito znaky: •
velkým průměrem válcům - minimální průměr válců je více než 0,5 m u dvojic
a 1 m u monoválců •
každému kolu vozidla odpovídá samostatný válec - válce odpovídající jedné
nápravě nejsou spojeny na pevno. Je mezi nimi ovládaná spojka.
- 14 - -
•
každému kolu vozidla odpovídá jeden dynamometrický pohon - každému kolu odpovídá nezávislý čtyřkvadrantový dynamometr s digitálním řízením
(otáček i momentu) PID regulací. •
zkušebna zahrnuje skluzové rolny - každé kolo je vybavené nezávislou rolnou měřící skutečné otáčky kola vozidla a tkato vyhodnocovat skluz při brzdění a
akceleraci. •
použitím moderních konstrukčních prvků -např. ozubených řemenů
•
digitální řízení celé zkušebny - celé zkušebny jsou řízeny počítači PC a dalšími
procesorovými systémy. •
distribuovaný řídící a měřící systém - tj. řízení, měření a zpracování výsledků je rozloženo na více procesorů (počítačů).
•
Použití nových informačních technologií - uplatnění objektových technologií ActiveX a zejména DCOM a OPC. Spolupráce s databázemi klient/server
(SQL).
3.3 Prováděné zkoušky Seznam testů, které moderní válcové zkušebny standardně obsahují: •
Zkoušky hnacího ústrojí (spalovacích motorů) o
v= konstantní - standardní způsob měření rychlostních charakteristik
motorů vozidel o
F=konstantní - standardní způsob měření zatěžovacích charakteristik
motorů vozidel o
Vnější rychlostní - standardní způsob měření vnější rychlostních
charakteristik motorů vozidel v regulaci v=konstantní o
Simulace vozovky - simulace jízdy
o
Jízdní zkoušky - vychází z předchozí, ale je doplněna funkcemi pro jízdu podle předem předepsané charakteristiky v čase jako např. u exhalačních
testů EHK. o
Akcelerační zkouška - zkouška pro měření vnější rychlostní
charakteristiky dynamickou metodou. Zkoušky brzdové soustavy
- 15 - -
o
Pomaluběžné zkoušky - zkoušení brzdové soustavy dle metodiky platné pro STK, doplněná o možnost měření brždění obou náprav současně.
o
Rychloběžné zkoušky - obdoba předešlé zkoušky s tím rozdílem, že
zkušební rychlost může být výrazně vyšší než u pomaluběžných. o
Dynamické zkoušky - zkouška spočívá v brždění vozidla z počáteční rychlosti až do zastavení.
o
ABS II - obdoba předešlé zkoušky, ale s vyhodnocením reálného chování ABS.
Kalibrační testy o
Určení pasivních ztrát pro zkoušky brzd - slouží k určení pasivních ztrát nezávisle pro, každé kola.
o
Určení pasivních ztrát pro zkoušky výkonu - slouží k určení pasivních ztrát pouze hnaných náprav.
Doplňkové zkoušky o
Zkouška rychloměru a tachometru - ověřuje přesnost měření rychloměru a tachometru vozidla.
o
Zkouška otáčkoměru - slouží k ověření přesnosti měření vozidlového otáčkoměru a zjištění dynamického poloměru pneumatik při akceleraci.
o
Zkouška náhonu 4x4 - při akceleraci a deceleraci ověřuje chování viskózních spojek a diferenciálů.
Díky řešení válcových zkušeben, kdy vlastní konfigurace a realizace zkoušek je realizována softwarem, ale zkušebny doplnit o další testy. Příkladem mohou být testy diferenciálu při průjezdu zatáčkou, chování vozidla na
3.4 Náhrada mechanických řešení digitálním řízením Významnou oblastí je možnost pomocí digitálního řízení jednotlivých prvků nahrazovat řešení mechanických vazeb. Pomocí digitálních
řídících systémů lze
nahradit mechanické prvky zkušebních zařízení a tak dosáhnout zlevnění celého zařízení a také větší variability zkušebny. Z rozvojem digitálního řízení bude trend postupného nahrazování mechanických vazeb elektrickými pokračovat, Kvůli rozsahu
příspěvku ukážeme tento přístup pouze na digitální simulaci vozovky na dvounápravové
- 16 - -
válcové zkušebně. Dvounápravová monoválcová zkušebna je tvořena
čtyřmi
samostatnými válci (každé odpovídá jednomu kolu), každý válec je poháněn brzděn stejnosměrným pohonem. Úkolem zkušebny je zajisti splnění těchto podmínek: vozidlo při jízdě na vozovce musí překonávat následující síly, které jsou obecně závislé
na rychlosti vozidla:
(1)
kde Fok....valivý odpor kol vozidla Fcx....vzdušný odpor vozidla Fs.....odpor stoupání mc.dv/dt .... odpor zrychlení všechny kola vozidla se musí točit stejnými otáčkami (rychlost vozidla) Klasické mechanické řešení spočívá v tom, že se všechny válce spojí do jednoho celku, tj. válce jedné spojkami a nápravy mezinápravovým řemenem. Celá mechanická rotační soustava musí mít hmotnost rovnou
mc.....celková hmotnost
vozidla. V případě, že je ekvivalentní rotační hmotnost nižší je nutno připojit setrvačník
naopak pokud je vyšší nelze vozidlo zkoušet. Vzhledem k tomu, že se na zkušebně střídají vozidla různých hmotností, je třeba řešit přídavný setrvačník jako proměnný (setrvačníkový blok). Naopak v případě digitálního
řízení každého elektromotoru jsou z
mechanického spojení aplikovány pouze meziválcové spojky viz. obr. 2. Digitální měniče odpovídající přední jsou přepnuty do momentové regulace a regulují na hodnotu síly z rovnice (1), skutečná rychlost otáčení přední osy je předána jako požadovaná rychlost měniči levého zadního válce (elektrická hřídel) a proud (ekvivalentní momentu) je předán měniči pravého zadního motoru. Tímto se uzavírá jedna regulační
smyčka nyní se odměří síla ze všech válců (pomocí tenzometrů) a pomocí PID regulátoru je korigována žádaná hodnota síly do přední osy. Touto regulací je ušetřen nákladný mezinápravový řemen a spojky mezi válci mohou být dimenzovány na menší
přenášený moment. Tento algoritmus ještě neřeší otázku rozdílných setrvačností vozidla a rotačních částí válcové zkušebny tj. čtvrtý člen rovnice (1). I tento člen lze řešit pomocí PID momentového regulátoru tj. potom člen mc.....není celková hmotnost - 17 - -
vozidla, ale rozdíl mezi ekvivalentní hmotnosti rotačních částí dynamometru a celkovou hmotností vozidla a zrychlení je vypočteno z měřené rychlosti. Numerický výpočet
derivace jak je známo je citlivý na přesnost derivované veličiny, proto je třeba měřit derivovanou veličinu s velkou přesností Otáčky válců lze přesně měřit jen pomocí digitální techniky tj. použitím inkrementálních snímačů a kvadraturních čítačů. V našem případě je přesnost měření lepší než 0,05 km/hod tj. 0,025%. I přes tuto vysokou
přesnost měření je nutné pro výpočet derivace použít aproximační formuli.
3.5 Možnost využití moderních informačních technologií Rozvoj Internetu a sním spojené informační technologie přináší možnost jejich uplatnění v řídících a měřících systémech válcových zkušeben. Základní možností je práce (možnost vytvářet a načítat) soubory ve formátu html. Tento hypertextový formát, který je standardem umožňuje např. přenos měřených dat do textových editorů. Kombinace tvorby dokumentů spolu s tvz. web serverem (je využíván IIS firmy Microsoft), lze publikovat měřená data do vnitřní sítě Internet nebo i do Internetu. Toto umožňuje bez nutnosti speciálního software (stačí internovský prohlížeč) prohlížet výsledky měření na vzdálených počítačích. Nevýhodou dokumentů html je, že je obtížné z nich získat data ne pro zobrazení, ale pro další zpracování a to zejména tehdy pokud měřené data mají rozdílnou strukturu. Tento nedostatek odstraní formát XML, který obsahuje jak popis struktury dat tak i vlastní data. Integrace tohoto formátu se teprve připravuje. Získané výsledky měření je třeba archivovat, k tomuto účelu se jeví jako nejvhodnější použití databázových systému.
3.6 Metody regulace válcového dynamometru pro dosažení simulace zatížení spalovacích motorů v dynamických režimech Vývoj moderních spalovacích motorů a jejich výroba při dodržování norem ISO 9000 se neobejde bez moderních zkušebních zařízení. Základní zkušební zařízení jsou motorové a vozidlové dynamometry. Tento příspěvek si klade za cíl seznámit techniky z oblasti automobilového průmyslu s poznatky získanými při vývoji moderních řídících a měřících systémů pro motorové a válcové dynamometry.
- 18 - -
Lze konstatovat, že stávající zkušební zařízení lze právě doplněním o moderní řídící a měřící systémy modernizovat a tím dosáhnou nové kvality experimentální práce při úspoře velkých nákladů. Proto se jeví účelné seznámit uživatele právě s možnosti
regulace a řízení dynamometrů. V současné době se používají zejména vodní dynamometry , vířivé dynamometry, dynamometry se stejnosměrnými elektromotory nebo asynchronními elektromotory. Vířivé a vodní dynamometry pracují jako dvoukvadrantové, narozdíl od dynamometrů se stejnosměrnými nebo asynchronními elektromotory, které pracují jako čtyřkvadrantové viz.. Regulace čtyřkvadrantových dynamometrů je obtížnější zejména z hlediska toho, že je nutno měřit nejen otáčky, ale zjišťovat i směr otáčení. Dále se budeme zabývat pouze vířivými nebo stejnosměrnými dynamometry, které jsou v České
Republice nejrozšířenější a jsou zde taktéž vyráběny. Žádný z dynamometrů nemůže pracovat bez regulátoru, protože akční veličinou vstupující do dynamometru je buď ovládání ventilu přívodu vody nebo velikost budícího nebo regulačního proudu, ale uživatel potřebuje udržovat konstantní otáčky dynamometru nebo konstantní velikost brzdného (hnacího) momentu. Řídícím a měřícím systémem nazýváme počítačový systém (PC) vybavený měřícími kartami a komunikačními rozhraními s patřičným
software, který ovládá vlastní hardware dynamometru. Realizace regulátoru dynamometru ve spojení s řídícím a měřícím systémem může být realizována těmito způsoby: •
analogový regulátor, řídící a měřící a řídící systém zadává žádanou hodnotu do
regulátoru •
digitální regulátor (obvodově realizovaný),
řídící a měřící systém zadává
žádanou hodnotu do regulátoru •
řídící a měřící systém obsahuje softwarový regulátor a přímo ovládá akční veličinu dynamometru První varianta má výhodu, ve snadné realizaci řídícího a měřícího systému,
který pouze nahradí ruční ovládání dynamometru. Nevýhodou je právě zachování původního regulátoru se všemi nectnostmi analogové regulace tj. nestálost v čase, teplotní závislost apod. Tato varianta se nejeví jako použitelná pro testování motoru v dynamických (přechodových) režimech.
- 19 - -
Druhá varianta má výhodu přesné digitální regulace realizované hardwarovým digitálním regulátorem, přičemž řídící systém není zatěžován nízko úrovňovou regulací.
Nevýhodou je vysoká cena digitálního regulátoru. Třetí varianta spočívá v tom, že řídící a měřící systém realizuje vlastní regulaci a na výstupní rozhraní posílá přímo velikost akční veličiny např. analogovou výstupní kartou žádá velikost budícího proudu. Tato varianta je výhodná z hlediska cenového, ale i přesnosti a rychlosti regulace zejména v dynamických režimech. Nevýhodou je nemožnost ovládat dynamometr bez přítomnosti počítačového systému a také rizika
spojené se spolehlivostí softwarového řešení. Jako optimální řešení (zejména u nových zkušeben) se jeví kombinace varianty dvě a tři, která spočívá v tom, že řídící a měřící systém má možnost vyřadit hardwarový regulátor a provádět specielní dynamické testy se softwarovou regulací, ale pro běžné
zkoušky a pro havarijní stavy (výpadek PC) je využit hardwarový regulátor. Jako základní regulace musí motorový i válcový dynamometr zvládat regulaci na konstantní otáčky (rychlostní regulátor) a na konstantní moment (momentový regulátor), teprve nad těmito regulátory lze řadit vyšší typy regulace pro dynamické
režimy. Pro rychlostní i momentový regulátor se používá algoritmus PID regulátoru.
Analogová formulace PID regulátoru:
kde m(t) výstupní hodnota regulátoru (akční veličina) Kc proporcionální zesílení Ki integrační čas Kd derivační čas e(t) regulační chyba e(t)=S(t)-X(t) S(t) žádaná hodnota (nastavená) X(t) aktuální měřená hodnota. - 20 - -
Diskretizací dostáváme rovnici:
kde m(i) výstupní hodnota regulátoru (akční veličina) Kc proporcionální zesílení Ki integrační čas Kd derivační čas e(i) regulační chyba ve vzorkovacím intervalu e(t)=S(t)-X(t) . e(i-1) regulační chyba v předchozím vzorkovacím intervalu T vzorkovací interval S(i) žádaná hodnota (nastavená) X(i) aktuální měřená hodnota. Vztah (e(i)-e(i-1)) je vhodnější nahradit vztahem (e(i)+3.e(i-1)-3.e(i-2)-e(i3))/6 , který eliminuje rušení na měřené veličině. Pro regulaci v ustáleném stavu tento algoritmus plně dostačuje, ale pro regulaci v limitních a přechodových stavech je nutno algoritmus modifikovat. První modifikace vyplývá z toho, že akční veličina může nabývat pouze omezených hodnot (dolní a horní limit), při dosažení limitu je nutno vypnout integrační člen, aby nenarůstala suma chyb a následný zásah nebyl příliš velký. Nutno upozornit, že u některých dynamometrů je horní a dolní limit akční veličiny, taktéž závislý na otáčkách (je třeba omezovat velikost akční veličiny s rostoucími otáčkami). Další modifikace vyplývá z toho, že akční veličina může narůstat jenom omezenou rychlostí tj. po časové rampě, proto je výstup
z regulátoru veden do časové lineární rampy. Kvalita regulace, taktéž prospívá časově lineární rampa na vstupu žádané hodnoty, která ztlumuje skokové změny žádané veličiny a z tohoto plynoucí velké regulační zásahy. Touto poslední úpravou se zajistí tzv. bezrázové přepínání, tj. plynulý přechod při přepínání typu regulace nebo z ručního do automatického režimu apod. Další modifikace vyplývá z nutnosti filtrovat měřenou veličinu, aby rušení a jiné chyby na měřené veličině se plnou silou nepromítaly do regulátoru. Jako vhodný způsob filtrace se ukázal klouzavý průměr, u kterého lze
- 21 - -
snadno nastavovat míru filtrace. Jak je patro tyto modifikace mají za cíl zpomalit vlastní regulační rovnici. Je třeba si uvědomit, že v analogovém regulátoru jsou různé tlumicí a filtrační členy plynoucí z jeho realizace naopak v číslicovém regulátoru se žádné
tlumení nevyskytuje. Volba vzorkovací periody, tj. diskretizačního kroku plyne samozřejmě z fyzicky možné rychlosti změny akční veličiny a její odezvě v dynamometru a
z dynamiky měření momentů a otáček. Další omezení vyplývá z výpočetních nároků regulace. Ukazuje se, že dostatečnou vzorkovací periodou pro běžné statické regulace je
čas kratší než 0,1 s. Pro realizaci rychlostního i momentového regulátoru se používají stejné algoritmy,
ale
s jinými
hodnotami
seřizovacích
hodnot
regulátoru
tj.
Kc = proporcionální zesílení, Ki = integrační čas , Kd = derivační čas, vinput = rychlost žádané hodnoty, voutput = rychlost akční veličiny, nprum = klouzavý průměr, mhigh = horní limit akční veličiny, mlow = dolní limit akční veličiny. Seřízení regulátoru se provádí na základně odměřených přechodových charakteristik. Pro seřizování
regulátoru jsou v systémech speciální moduly.
Obrázek 4- Realizace modulu regulátoru
Zejména u motorových dynamometrů přistupuje k ovládání dynamometru i ovládání škrtící klapky (regulační tyče) spalovacího motoru. Ovládání lze realizovat krokovým motorem nebo servo motorem. Ovládání palivové přípusti se opět skládá
z výkonové části, která obsluhuje krokový (servo) motor a dále z regulátoru, který
- 22 - -
umožňuje regulovat na konstantní moment, přičemž regulace dynamometru je přepnuta do rychlostní regulace. Další možností je regulace na konstantní otáčky, přičemž
dynamometr je regulován na konstantní otáčky. Regulace na konstantní otáčky se taktéž užívá v kombinaci s regulátorem simulace odporů vozovky popsaným dále. Zejména u ovládání palivové přípusti má velký význam nastavení limitů a rychlostí žádané a akční veličiny. Velmi důležité je tzv. bezrázové přepínání z ručního ovládání palivové přípusti do automatického. Jako první z dynamických měření na válcových i motorových je simulace jízdy po vozovce. Na této regulaci jsou založeny aktuální metody platné pro měření exhalací i spotřeb. Vozidlo při jízdě na vozovce musí překonávat následující síly, které jsou obecně závislé na rychlosti vozidla:
kde Fok valivý odpor kol vozidla Fcx vzdušný odpor vozidla jako celku Fs odpor stoupání mc.dv/dt odpor zrychlení Tyto odpory lze aproximovat rovnicí:
.
Tyto koeficienty je možno buď při známých parametrech vozidla vypočítat:
kde
hustota vzduchu [kg/m3]
cxsoučinitel vzdušného odporu Sxčelní plocha vozidla [m2] v rychlost vozidla [m/s] g tíhové zrychlení 9.80665 m.s-2 - 23 - -
je součinitel valivého odporu mccelková hmotnost vozidla arctan (s/100) s v procentech vyjádřené stoupání vozovky Přesnější hodnoty jednotlivých koeficientů je však možno obdržet na základě dojezdových zkoušek vozidla na silnici či zkušební dráze. Takto vyjádřený koeficient A neobsahuje složku odporu stoupání. Ten je případně zohledněn až v regulaci, protože během zkoušky se mění stoupání v závislosti na čase. Odpory dynamometru lze aproximovat stejnou rovnicí. Výsledné odpory, které
musí dynamometr simulovat je dán rovnicí:
členy AD, BD, CD a DD dynamometru je třeba určit z doběhových testů dynamometru a jejich vliv je významný zejména u válcových dynamometrů. Simulace jízdy po vozovce se implementuje jako nástavba momentového regulátoru. Náhrada pouze členy A, B a C simuluje pouze stacionární stavy a není problematická. Naopak simulace odporu zrychlení přináší není snadná. Nerozšířenější realizace odporu zrychlení u válcových dynamometrů je pomocí setrvačníku. U moderních řídících systému je třeba realizovat i tento člen pomocí regulátoru. Vzhledem k tomu, že znaménko u zrychlení může být i záporné a díky tomu i celková síla může vyjít nejen jako brzdná, ale i jako hnací. Proto je možná plnohodnotná simulace pouze u čtyřkvadrantového dynamometru. Největší problém při počítačové realizaci je správný výpočet zrychlení z měřené rychlosti. Pro numerické derivování v tomto případě nelze
použít klasické interpolační formule, ale pro výpočty v regulátoru byly použity nově odvozené aproximační derivační formule (provádět proklad polynomem metodou
nejmenších čtverců pře větší počet bodů a derivuje se tento polynom). Další z možností testování spalovacích motorů je dynamická akcelerace tj. dynamické měření vnější rychlostní charakteristiky. U válcových dynamometrů při této zkoušce lze využít setrvačnost válců zkušebny naopak u motorových dynamometrů je
- 24 - -
moment setrvačnosti motoru a dynamometru malý a zkouška by trvala příliš krátkou dobu, lze tento test provádět v momentové regulaci dynamometru na základě rovníce:
a výslednou sílu (moment) motoru počítat z dynamické síly od zrychlení a síly naměřené na tenzometru. Vliv na kvalitu regulace má přesnost a dynamika měření síly (momentu) a rychlosti (otáček). Pro měření sil je nutno použít tenzometr renomovaného výrobce jako
modul úpravy signálu z tenzometru lze doporučit 5B modul firmy Analog Device. Tento prvek má výhodu ve vysoké linearitě a stálosti parametrů bez nutnosti nastavování. Otázka měření rychlosti je problematičtější, u vozidlových dynamometrů lze jednoznačně doporučit měření rychlosti pomocí inkremetálních rotačních snímačů s měřením frekvence z tohoto snímače. S použitím těchto snímačů lze dosáhnout přesnosti až 0,05 km/h. U motorových dynamometrů je zejména problematické umístění takového snímače. K dispozici je obvykle frekvenční signál ze zubů vířívého dynamometru nebo signál z tachodynama u stejnosměrných elektrických motorů. Tyto signály rozhodně nelze považovat za ideální z hlediska dosahované přesnosti a linearity. Právě na zpracování a úpravu těchto signalů je zaměřen současný vývoj u řídící systému pro přestavby stávajících dynamometrů.
Obrázek 5- Ukázka přestavby dynamometru
- 25 - -
Uveďme příklady realizovaných řídících a měřících systémů, ve kterých jsou zapracovány uvedené poznatky. Systém Br2VDU již ve třetí verzi je určen k řízení dvounápravového univerzálního válcového dynamometru firmy MEZservis Vsetín.
Jedná se o dvounápravový válcový dynamometr vybavený čtyřmi stejnosměrnými pohony (dynamometry) schopnými zatěžovat vozidla až do rychlosti až 200 km/hod s výkonem až 480 kW. Řídící systém je obsahuje popisované způsoby regulace tj. momentový, rychlostí regulátor, včetně problematiky regulace více pohonů na společné hřídeli a na základě nich je realizován regulátor simulace vozovky včetně simulace setrvačných účinků. Tento řídící systém včetně dynamometru je ve zkušebním provozu u firmy Schenck. Příkladem řídícího systému pro motorové dynamometry je systém
BrEngine, jedná se o univerzální systém schopný spolupráce s většinou dynamometrů. Vývoj řídící a měřící systémů pro zkušební pracoviště spalovacích motorů si nelze představit bez spolupráce a informovanosti jejich uživatelů. Vzhledem k rozsahu příspěvku jsou zde uvedeny pouze základní informace o regulaci dynamometrů, podrobnější informace k tomuto tématice získáte na internetovské adrese: http://wwwdt.fme.vutbr.cz/~ice/ včetně demonstračních verzí řídících a měřících systémů.
- 26 - -
4. OSCILOSKOP 4.1 Seznámení s osciloskopem a jeho využití Osciloskop je elektronické zařízení, které dokáže převést fyzikální veličiny na elektronický signál v podobě elektrického napětí o různých hodnotách. Elektrické napětí je totiž jakousi univerzální veličinou na kterou můžeme převést fyzikální veličiny za
účelem jejich zobrazení nejčastěji na monitoru, protože jejich přímé zobrazení je mnohdy značně obtížné nebo téměř nemožné. Osciloskop ve volném překladu znamená zařízení zobrazující kmitání a v praxi se nejčastěji používá ke zobrazování kmitavých dějů, v čase.V automobilovém průmyslu se za pomocí osciloskopu měří většina veličin
důležitých pro provoz automobilů např. teplota, tlak, rychlost, atd. Osciloskopů jsou dva druhy analogové a digitální. Digitální se používají více protože jsou modernější a umožňují zobrazit měřené veličiny srozumitelněji. Největší využití našel v odvětví
výroby a oprav elektrických zařízení ale používá se i v dalších oborech lidské činnosti, například ve zdravotnictví se s jeho pomocí měří činnost srdečního svalu pod zkratkou EKG.
4.2 Zpracování osciloskopického signálu Elektronický signál získaný z měření osciloskopem je nutné pro jeho další využití zpracovat. Zpracování signálu se nazývá vzorkování, je to převod spojitého analogového, spojitého signálu na signál nespojitý, digitální. Takto upravený signál je možné dále digitálně zpracovávat. Spojitý průběh signálu napětí se převede na vzorky, to jsou čísla do, kterých je zakódovaná velikost napětí v určitém okamžiku. Pro získání dostatečně přesného signálu v digitální podobě, je třeba odebírat vzorky signálu v časových okamžicích, jdoucích rychle za sebou, to se nazývá rychlost vzorkování neboli vzorkovací frekvence. Pro co nejpřesnější měření je nutné dosáhnout co nejvyšší vzorkovací frekvence. Vzorkovací frekvence osciloskopu je dána výrobcem. Každý osciloskop má vlastní paměť signálů, které po naměření vyhodnotí a vykreslí na obrazovce. Po naplnění paměti jsou vzorky následně vykresleny na obrazovce.
- 27 - -
5. DATABÁZE PRO ZPRACOVÁNÍ DAT Z VÁLCOVÉHO DYNMOMETRU Databáze (neboli Datová základna) je určitá uspořádaná množina informací (dat) uložená na paměťovém
médiu. V širším smyslu jsou součástí databáze i
softwarové prostředky, které umožňují manipulaci s uloženými daty a přístup k nim. Tento systém se v české odborné literatuře nazývá systém řízení báze dat (SŘBD). Běžně se označením databáze – v závislosti na kontextu – myslí jak uložená data, tak i
software (SŘBD).
5.1 Ascii ASCII je anglická zkratka pro American Standard Code for Information Interchange, tedy americký standardní kód pro výměnu informací. V podstatě jde o kódovou tabulku která definuje znaky anglické abecedy, a jiné znaky používané v informatice. Jde o historicky nejúspěšnější znakovou sadu, z které vychází většina
současných standardů pro kódování textu přinejmenším v euro-americké zóně. Tabulka obsahuje tisknutelné znaky: písmena, číslice, jiné znaky (závorky, matematické znaky (+-*/% …), interpunkční znaménka (,.:; …), speciální znaky(@$~ …)), a řídící (netisknutelné) kódy, které byly původně určeny pro řízení periferních
zařízení (např. tiskárny nebo dálnopisu). Kód ASCII je podle původní definice sedmibitový, obsahuje tedy 128 platných znaků. Pro potřeby dalších jazyků a pro rozšíření znakové sady se používají osmibitová rozšíření ASCII kódu, která obsahují dalších 128 kódů. Takto rozšířený kód je přesto příliš malý na to, aby pojmul třeba jen evropské národní abecedy. Pro potřeby
jednotlivých jazyků byly vytvořeny různé kódové tabulky, význam kódů nad 127 není tedy jednoznačný. Systém kódových tabulek pro národní abecedy vytvořila například organizace ISO.
- 28 - -
kódování
komentář
Windows-1250
kód používaný firmou Microsoft v operačních systémech Windows pro kódování středoevropských jazyků
ISO 8859-2
standard ISO, používaný např. v operačním systému Linux
CP852 (Latin2)
kód stanovený firmou IBM používaný např. v operačním systému DOS
Kód Kamenických
jiné kódování používané v DOSu pro potřebyčeštiny a slovenštiny
KOI8-ČS
kódování definované v rámci RVHP
Osmibitová kódování češtiny V současnosti se tato 8-bitová rozšíření ASCII postupně nahrazují kódováním Unicode. Tyto neviditelné znaky byly určeny pro řízení dálnopisu nebo tiskárny, ale v současnosti se z nich využívá jen poměrně malá část. Nejčastěji používané speciální znaky jsou: SPC - space, mezera, „prázdný znak“ HT - Horizontal Tab - tabulátor LF - Line Feed - odřádkování CR - Carriage Return - návrat vozíku Bohužel, ani pro používání těchto kódů neexistuje všeobecně přijímaný
standard. Například operační systémy Unix používají pro odřádkování kód LF, systémy firmy Microsoft používají kombinaci CR+LF, systémy firmy Apple používají kód CR. (viz Nový řádek). Ostatní speciální znaky se používají například pro definici komunikačních protokolů při komunikaci mezi počítači. Zde je význam speciálních znaků podle původního standardu.
Fyzická ovládání zařízení BS: Backspace (návrat o 1 znak zpět) HT: Horizontal Tab (tabulátor)
- 29 - -
LF: Line Feed (posun o 1 řádek dolů) VT: Vertical Tab (vertikální tabulátor) FF: Form Feed (posun na další stránku) CR: Carriage Return (návrat tiskové hlavičky na začátek) Fyzické ovládání zařízení: ostatní BEL: Bell - zvonek DC1, DC2, DC3, DC4: Device Controls - DC1 a DC2 se používají jako XON and XOFF v softwarovém handshakingu Logické řízení komunikace SOH: Start of Header - začátek hlavičky STX: Start of Text - začátek textu ETX: End of Text - konec textu EOT: End of Transmission - konec vysílání ENQ: Enquiry - dotaz (žádost o komunikaci) ACK: Acknowledge - potvrzení (připravenosti ke komunikaci) DLE: Data Link Escape - používá se pro kódování speciálních znaků NAK: Negative Acknowledge - zamítnutí (žádosti o komunikaci) SYN: Synchronous Idle ETB: End of Transmission Block - konec přenosového bloku Fyzické řízení komunikace NUL: Null - „nic“ DEL: Delete - smazání CAN: Cancel - zrušení EM: End of Medium - konec média SUB: Substitute - substituce Oddělovače informací FS: File Separator - oddělovač souboru GS: Group Separator - oddělovač skupiny RS: Record Separator - oddělovač záznamu US: Unit Separator - oddělovač jednotek - 30 - -
Rozšiřování kódu SI: Shift In SO: Shift Out ESC: Escape Znak ESC (escape) se používá např. pro definici tzv. escape sekvencí používaných pro rozšíření ASCII kódu pro různé účely. Jeden nebo několik znaků následujících znak ESC nejsou interpretovány jako ASCII kódy, ale mohou mít speciální význam - například mohou definovat novou pozici kurzoru na obrazovce terminálu, nebo mohou definovat velikost fontu používaného tiskárnou, přepnout
tiskárnu ze znakového do grafického módu atd. Organizace ANSI definovala sekvence určené pro ovládání znakových terminálů. Tyto sekvence zahrnují např. posun kurzoru na určitý řádek a sloupec obrazovky. Faktickým standardem pro starší jehličkové tiskárny jsou escape sekvence používané firmou Epson.
5.2 Xml Office Open XML (OOXML) je specifikace pro souborový formát na ukládání dokumentů kancelářských balíků
jako textových dokumentů, tabulek či prezentací.
Formát byl navržen společností Microsoft a poprvé byl použit v Microsoft Office 2007. Finální specifikace byla vytvořena pod hlavičkou sdružením ECMA ve skupině TC45, do které například patří Apple, Barclays Capital, BP, Britská knihovna, Essilor, Intel, Microsoft, NextPage, Novell, Statoil, Toshiba a Knihovna kongresu USA pod číslem
ECMA-376. Formát Office Open XML je ZIP soubor, který v sobě obsahuje XML a další potřebné soubory. Výsledkem jsou tak menší soubory než ty binární, které byly vytvářeny předchozími verzemi Microsoft Office. Podle vyjádření společnosti Microsoft je hlavním cílem formátu zpětná kompatibilita s existujícími dokumenty a
plná podpora jejich rozšiřujících vlastností.
- 31 - -
Specifikace je rozdělena do několika částí.
Open Packaging Conventions (OPC) – popisuje vnitřní strukturu souborů WordProcessingML – popisuje XML pro textové procesory SpreadsheetML – popisuje XML pro tabulkové kalkulátory PresentationML – popisuje XML pro prezentace DrawingML – popisuje XML pro grafické elementy dokumentů Podpůrné „ML“ – sada XML pro velmi specifické úkoly, např. matematické vzorce Custom XML - definuje způsob jak vkládat uživatelská XML do dokumentu a propojavat je s obsahem Open Packaging Conventions (OPC) Popisuje vnitřní strukturu ZIP archivu, který obsahuje dokument. Základním prvkem jsou soubory s příponou .rels, které udržují informace o vztazích mezi ostatními
soubory. Příkladem může být vztah mezi sešitem v tabulkovém kalkulátoru a listy, které sdružuje. Pomocí OPC lze vytvářet i vlastní formáty, protože se jedná o obecnou specifikaci. K obsahu dokumentu lze přistupovat dvěma způsoby – s využitím OPC nebo přes adresářovou strukturu archivu. WordProcessingML Struktura vychází ze schématu body – paragraph – run. Tělo dokumentu je děleno na odstavce (text, obrázek, tabulka, …) a tyto části jsou dělené na tzv. runs. Zjednodušeně řečeno, run nastavuje formátování informace. Všechny textové informace, které se mají zobrazit uživateli, jsou umístěny vždy v elementu <w:t>. SpreadsheetML Dokument tabulkového kalkulátoru se nazývá sešit (workbook) a skládá se s listů (sheet). Sešit i listy jsou umístěny v samostatných souborech, typicky
workbook.xml, sheet1.xml, sheet2.xml, … Velmi specifické je ukládání textové informace v tabulkách. Existují dva způsoby – inlinestring nebo sharedstring. Inlinestring ukládá informace přímo v buňce tabulky. Tento způsob je v podstatě identický s html. Sharedstring ukládá texty do samostatného souboru, který je sdílený - 32 - -
pro všechny listy a každý textový obsah buňky je v něm unikátní. Buňky se pak odkazují na hodnotu v tomto seznamu. PresentationML Obsah dokumentu s prezentací se dělí na snímky (slide), jejich obsah a animace. Každý snímek je opět uložen v samostatném XML souboru. To samé platí
např. i pro poznámky ke snímkům. DrawingML DrawingML popisuje vektorou grafiku, která se používá v rámci WordProcessingML, SpreadsheetML a PresentationML. Kromě DrawingML se pro vektorou grafiku používá i VML, které má být nahrazeno právě DrawingML. Během standardizace u ISO došlo k několika podstatným změnám ve standardu ECMA-376 na základě požadavků národních standardizačních institutů. Tato verze je označována jako DIS 29500. U nás se touto problematikou zabývá
ČNI. Tou
nejdůležitější změnou je definování dvou typů dokumentů, podobně jako u XHTML, Strict a Transitional. Verze Strict neobsahuje žádné elementy, které jsou zatížené zpětnou kompatibilitou směrem ke starším dokumentovým formátům. Verze Transitional pak může obsahovat elementy, které jsou pro zpětnou kompatibilitu nezbytné.
5.3 Xls V oblasti SOHO je možné se setkat s populární náhradou databází – tabulkovým procesorem, nejčastěji MS Excelem. Tabulkový procesor odpovídá tomu, co si většina běžných uživatelů pod databází představuje. Tabulky, sloupce, řádky, data. Tabulkový procesor – i když velmi špatně – podporuje vyhledávání, třídění, filtrování dat, výpočty, sdílení dokumentů, vytváření a tisk sestav, importy a exporty dat ... Hlavní výhodou je jednoduchost. Tabulkový procesor lze tedy využít jako náhradu za databázi.
- 33 - -
Xls je součástí balíčku sady Microsoft Office, programu Excel, pracuje tedy pod operačním systémem Windows.
5.4 Příklad testování datových formátů, resp. jejich prezentace Pro účelné testování datových struktur nebo spíše formátů je nutné provést simulaci přímo ve vývojovém prostředí, nikoliv tak, jak je nastíněno v zadání. Důvodem je fakt, že při měření rychlých signálů v daném vzorkování, je změna hodnoty a výsledný zápis. Taktéž není vhodné srovnávat efektivitu práce se soubory a jejich konverzi v takto rychlých jevech. Byl v praxi ověřen předpoklad, že pro dané samplování je použitelný pouze zápis do binární formy. Pro ostatní vytipované formáty nebylo nalezeno uspokojivé
řešení. Objektivní srovnání může přinést následující
program, který demonstruje jednotlivé způsoby ukládání. Tento sw prostředek byl programován v prostředí LabVIEW 8.5 na PC s konfigurací AMD 3200+, 1 GB RAM, 250 GB HDD SATA s OS WinXP Pro. Je zřejmé, že hodnoty jsou vztaženy k tomuto konkrétnímu PC, na jiném se samozřejmě budou lišit. Taktéž nemohou být zohledněny požadavky systému Windows, jelikož nelze zcela potlačit požadavky jádra systému, resp. služeb systému. Ostatní spuštěné programy, rezidentní programy či služby bylo nastavení v defaultním nastavení systému a mnou vytvořený program byl spouštěn ve
vysoké prioritě. Maska programu je patrná na Obrázku 6.
- 34 - -
Obrázek 6- Maska testovacího programu
Obrázek 7- Výřez vizualizace programu
Program se celkově skládá z 8 smyček, které probíhají v sekvenci. V první smyčce (viz Obrázek 8.) je vytvořen vektor z milionu hodnot, resp. iterací, které jsou indexovány do 1D pole. Pole je konvertováno do datového typu Dynamic Data a - 35 - -
dochází k zápisu do binární podoby, která je nativně vytvořena pod LabVIEW a má příponu TDMS (konfigurace je patrná na Obrázek 9.). Na konci smyčky dochází k přečtení výsledné velikosti souboru. Pro určení času zápisu jsou zaznamenány časové
snímky před po uložení.
Obrázek 8- Programový kód první smyčky
- 36 - -
Obrázek 9- Možnosti konfigurace zápisu
V druhé smyčce (Obrázek 10.) dochází k vyčkávání 20 sekund z důvodu „nejistého“ chování operačního systému. Po uzavření souboru může dojít k indexaci a mohlo by nastat zpoždění následné smyčky. 20 sekund je dostatečně dlouhá doba k eliminaci. Takto psaný program je ovšem jen pro testování, v reálném ukládání je to
nesmysl.
- 37 - -
Obrázek 10- Programový kód druhé smyčky
Ve třetí smyčce dochází k zápisu do ASCII znaků (Obrázek 11.). Struktura smyčky je shodná s první, je pouze změněn typ zápisu na text.
Obrázek 11- Programový kód třetí smyčky
- 38 - -
Čtvrtá smyčka je shodná s druhou, dochází k čekání 20s. V páté smyčce je vytvořena kombinace hlavičky v datové podobě formátu XML a vlastní data jsou uložena v binární podobě. (Obrázek 12.)
Obrázek 12- Zápis kombinace XML hlavičky a dat v binární podobě
Pátá smyčka je opět vyčkání 20 sekund na další ukládání. V poslední ukládací smyčce jsou data zapisovány do XML dokumentu (Obrázek 13.)
- 39 - -
Obrázek 13- Ukládání do XML
5.5 Hodnocení datových sběrnic Z provedeného testování datových formátů pro ukládání dat na válcovém dynamometru je možné vyvodit následující závěry:
1.
Z měření doby smyček je patrné že nejrychleji jsou ukládána data
v ryze binární formě. Jeden milion hodnot je v binární podobě uložen za 0,34 s. O něco pomalejší je kombinační zápis binární podoby dat s XML hlavičkou, 0,58 s. Výrazně pomalejší je konverze na ASCII soubor, který je sice čitelný
téměř kdekoliv, ale doba ukládání činila 6,38 s. Nejhorší z pohledu času je čistý XML dokument, jehož ukládání trvalo 8,6 s. 2.
Druhým ukazatelem efektivity je velikost výsledného souboru.
Nejmenší soubor byl zapsán v binární podobě a jeho velikost činila 8 000 674 bajtů. Druhý nejmenší soubor byl kombinační zápis XML a BIN s velikostí 8 003 199 bajtů. Následuje ASCII zápis s velikostí 15 889 294 bajtů. A nejnáročnější je zápis do XML s délkou 48 889 038 bajtů.
- 40 - -
Z výsledků tedy plyne, že pro návrh protokolu bych zcela jistě zvolil binární formu ukládání dat z měření na válcovém dynamometru. Jelikož součástí měření nejsou pouhá data z měření, ale také konfigurace jednotlivých zkoušek a zejména popis
vozidla, pak bych zcela jistě volil variantu binárního ukládání dat a XML podoby hlavičky a konfigurací. Důvodem je snazší čtení souboru na jiném pc, resp. i platformě. ASCII zápis bych doporučil pouze v případě, že s nimi bude pracovat studentská obec, jelikož je čitelný pro všechny, ale otevírání datového souboru v řádech MB, je velmi problematické. Zcela nepoužitelný je zápis do XML. V předchozích statích bylo naznačeno, že je to velmi chytře navržený dokument, avšak je vhodný spíše pro ukládání dat na obecných databázových strojích , než k sekvenčnímu zápisu dat z měření. Trend XML je velmi výrazný, ale pro můj konkrétní případ nepoužitelný. Z dalších systémů ukládání nebyly zkouškám podrobeny databázové systémy, resp. nebyly zcela podrobeny testovány, neboť nemohla být zajištěna stabilita databázového
stroje. Bohužel i tyto aspekty je nutné uvažovat pro návrh datové struktury měření na válcovém dynamometru.
Mnoho typů dat - text -čísla - integrace (16, 32, 64) - (dsetinná čísla) - ascii - bin - vzorce, dotazy, atd.
- 41 - -
6. NÁVRH MODELU DISTRIBUOVANÉHO SYSTÉMU MĚŘENÍ
V současné době je systém zpracování a ukládání dat na válcovém dynamometru vyhovující ale bylo by výhodné pro měření a především pro následné zpracování dat mít jich co možná nejvíce, pro jejich přesnější vyhodnocení. Na následujícím obrázku je znázorněn možný koncept toku dat na válcovém dynamometru tak, že na jednom centrálním servu budou ukládána data získaná jak z válcové zkušebny tak z diagnostiky měřeného automobilu tak z vlastní sběrnicové sítě automobilu například Can bus.
Všechny tyto informace mají různou přenosovou rychlost a proto nemohou být zpracovávány jedním počítačem, ale musí jich být více podle druhu měření. Aby bylo možné data posuzovat současně je výhodné výhodné využití centrálního serveru.
- 42 - -
7. ZÁVĚR Při využití navržené koncepce je možné dosáhnout větší efektivity měření a následného nastavení nebo upravení automobilu. S použitím databází xls, ascii, xml, je možné současně sledovat naměřené hodnoty velkého množství měřících členů jak na válcovém dynamometru, diagnostice tak i na samotném automobilu. S vyhovujícím nastavením je pak možné dále zkoušet nové a nové prvky v automobilovém průmyslu
ať už by se jednalo o motosport nebo běžné využití na pozemních komunikacích. Z uvedených datových formátů se jako nejvýhodnější jeví formát binárního zápisu dat. Formát Acii má výhody v kompatibiltě, pracuje pod operačními systémy jako Windows, Linux, …ale nevýhodou je nízká kapacita databáze a schopnost
zpracovat jen soubory menších velikostí. Formát Xls má určité omezení v podobě 65535 řádků dat a pracuje jen pod programem Excel nebo ActiveX a obě tyto verze jsou příplatkové. Navíc u AktiveX je další nevýhodou pomalá transformace dat. Nejvýhodnější je tedy formát Xml z pohledu možností ukládání dat, resp. databázových možností (relace atp.), protože má dostatečnou kapacitu databáze a v provozu válcových dynamometrů je již ověřený a spolehlivý. Ovšem mnou provedené měření ukazuje na určité problémy, které xml doprovází. V prvé řadě je to výsledná velikost souboru, která byla z všech sledovaných typů nejvyšší. Tento aspekt je dnes druhořadý, jelikož kapacita pevných disků je z hlediska měření rychlých dějů „neomezená“. Důvodem proč nelze tento formát použít pro definované zadání mé práce leží v době ukládání souboru. Doba uložení je řádově vyšší než je tomu u binárního souboru, což nelze akceptovat pro rychlá měření. Systém by totiž vyžadoval transformaci na jiném PC a opětovnou komunikaci s bázovým serverem. Takto distribuovaný systém by nebyl
efektivní.
8. SEZNAM LITERATURY VLK, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, nakladatelství Vlk v Brně, 2001, ISBN 80-238-6573-0
Jíčínský Š.: Osciloskop a jeho využití v autoopravárenské praxi, nakladatelství Grada Publishing, a.s., ISBN 80-247-1417-5
Pivoňka P.: Diplomová práce- Sběrnice CAN- aplikace datových výstupů měření na válcovém dynamometru www.wikipedia.cz
9. SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 1.- Schéma kompletní zkušebny……………………………...………….12 Obrázek 2.- Schéma zkušebny 4VDM E120D a VDU E270T – E150……………13 Obrázek 3.- Měření na válcovém dynamometru na MZLU v Brně……………….14 Obrázek 4.- Realizace modulu regulátoru…………………………………………22 Obrázek 5.- Ukázka přestavby dynamometru……………………………………..25 Obrázek 6.- Maska testovacího programu…………………………………………34 Obrázek 7.- Výřez vizualizace programu………………………………………….35 Obrázek 8.- Programový kód první smyčky……………………………………….36 Obrázek 9.- Možnosti konfigurace zápisu…………………………………………37 Obrázek 10.- Programový kód druhé smyčky……………………………………..38 Obrázek 11.- Programový kód třetí smyčky……………………………………….38 Obrázek 12.- Zápis kombinace XML hlavičky a dat v binární podobě……………39 Obrázek 13.- Ukládání do XML ………………………………………………….40
- 45 -
