虚拟仪器技术在汽车上的应用 - 全文

　　1 引言

　　测试仪器作为科学技术发展中必不可少的组成部分，对科学水平的提高和发展起到了很大的推动作用。随着科学技术的发展，特别是电子技术水平的不断提高，极大地推动了测试技术的进步。在这种背景下，八十年代末美国研制成功虚拟仪器（VisualInstruments，简称VI）。在国外，虚拟仪器技术在汽车和发动机行业得到了蓬勃发展。国外的很多大学特别是一些企业已经开发出了很多相关产品，如 SanDiego State University（美国圣地亚哥大学）开发出了用于混合动力汽车燃油消耗和排放的模拟和优化系统。在国内，虚拟仪器技术对很多人来说还比较陌生，还没有得到大面积的普及，但现在逐渐有很多公司和高校开始把虚拟技术运用到生产和科研中。国内有些大学已经把虚拟仪器技术，特别是LabVIEW和科研试验接合起来，在发动机试验监控、发动机振动的分析、汽油发动机综合测试等方面取得了一定的成果。

　　2 虚拟仪器技术

　　所谓虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的具有特殊功能的高档低价的新型仪器。虚拟仪器代替了传统仪器，改变了传统仪器的使用方式，提高了仪器的功能和使用效率，大幅度地降低了仪器的价格。用户可使用相同的硬件系统，通过不同的软件编程就可以充分发挥自己的才能、想象力，按自己的意愿随心所欲地设计自己的仪器系统，实现功能完全不同的各种测量。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义各种仪器，因此可以说“软件就是仪器”。在整个虚拟仪器中，计算机，也就是我们常说的PC机，是虚拟仪器的灵魂。

　　虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能平台。按照测控功能硬件的不同，虚拟仪器可分为GPIB、VXI、PXI和DAQ四种标准体系结构，用来进行信号采集、传输、控制。虚拟仪器系统的硬件构成如图1所示。

　　

　　与传统的测试仪器相比，虚拟仪器不仅具有面向对象应用程序的特点，而且具有真实仪器的外观、实用性和可操作性，其主要优点如下：（1）可以比较容易地实现检测功能；（2）人机交互界面清晰美观，而且容易构造；（3）系统有很大的灵活性，可以根据需要修改和重新定义功能，（4）开发周期短，成本较低。

　　3 虚拟仪器在汽车中的应用

　　3.1 虚拟仪器在液力变矩器中的应用

　　液力变矩器的性能直接影响汽车的行驶安全性，可以利用虚拟仪器技术，测量不同转速和进口压力下的液力变矩器的性能参数（如图2）。通过人机接口完成试验设计和系统资源的配置以及测试数据的回放和打印。主控台负责系统间的通信和协调工作，根据初始信息调用仪器驱动程序，接收从I／0口回馈的试验信号，经数据处理后，发出控制信号使液力变矩器到达预定状态，并保持稳定，同时对该状态进行性能测试。该系统明显优于传统的测试仪，更加利于系统功能的扩充和智能测试与诊断的开发。

　　

　　3.2 虚拟仪器在汽车的制动性和操纵稳定性中的应用

　　在传统的汽车的制动性和操纵稳定性测试过程中，主要采用五轮仪、非接触式车速仪以及方位陀螺仪、垂直陀螺仪等仪器。这些设备大多结构复杂、成本较高，有些参数的测量误差较大，没有综合测试的配套软件、数据处理不方便等，而利用虚拟仪器可以很方便的解决传统测试中的问题（如图3）。

　　

　　此系统主要由接口电路、软件和虚拟仪器面板组成，其中硬件可实现与PC机的接口，即完成模数转换、数字量输人输出及记数器／定时器操作等功能。软件包括驱动接口和仪器功能程序。由以上测试原理构成的汽车综合测试系统，克服了有些硬件检测仪器需要使用模拟跟踪仪绘制曲线，靠人工判别辨认的缺点，实现了全数字化处理。

　　3.3 虚拟仪器在车辆防抱制动系统中的应用

　　车辆防抱制动系统（ABS）是减少交通事故的有效部件。将虚拟仪器引人ABS中，不仅能将传统仪器所包含的信号采集与控制、分析处理和结果显示全部在个人计算机中实现，而且用户能根据其自身的需要，通过修改软件方便地变更、增减仪器的功能和规模。该系统（如图3）不仅能完成对输人数据采集、处理、分析，也能够完成输出数据的分析、结果显示，更重要的是能方便地改变防抱死控制模式，郎使用不同控制模块进行控制，以研究多种模式的效果，减少了试验仪器的投人。

　　

　　3.4 虚拟仪器在车桥检测中的应用

　　汽车驱动桥整车道路试验虽然能如实地反映行驶时的实际情况，但需要消耗大量的人力和物力，而且试验周期很长，控制也很困难。采用室内台架试验的方法对驱动桥总成进行性能试验，能够更早发现问题。基于虚拟仪器的HCQ-3.0试验系统（如图4）主要由道路模拟系统（主要包括滚筒和飞轮组）、液压加载系统、数据采集与控制系统、计算机监测与分析系统、动力传动系统（主要包括发动机、离合器、变速器、传动轴）、车桥的夹固系统以及安全防护装置等组成。 HCQ-3.0检测软件对试验系统进行控制，与试验台一起共同完成对汽车驱动桥性能的检测及数据获取、处理、分析、显示、保存，并进行检测档案管理。

　　

　　4 结束语

　　国外虚拟仪器技术已广泛应用于各个领域，在车辆检测、生产中也已运用多年，而在我国该项技术的应用相对较晚。由于虚拟仪器具有上述诸多特点，可大大节省项目的资金投人，提高效益、效率，所以值得在汽车领域大力推广。目前，基于PC机的虚拟仪器技术正向高性能、多功能、集成化和网络化方向发展，虚拟仪器技术能促进车辆测试仪器的发展，有良好的应用前景。