虛擬儀器技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

測(cè)試儀器作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展中必不可少的組成部分，對(duì)科學(xué)水平的提高和發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)水平的不斷提高，極大地推動(dòng)了測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步。在這種背景下，八十年代末美國(guó)研制成功虛擬儀器(VisualInstruments，簡(jiǎn)稱VI)。在國(guó)外，虛擬儀器技術(shù)在汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)得到了蓬勃發(fā)展。國(guó)外的很多大學(xué)特別是一些企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了很多相關(guān)產(chǎn)品，如 SanDiego State UNIversity(美國(guó)圣地亞哥大學(xué))開發(fā)出了用于混合動(dòng)力汽車燃油消耗和排放的模擬和優(yōu)化系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)，虛擬儀器技術(shù)對(duì)很多人來(lái)說(shuō)還比較陌生，還沒有得到大面積的普及，但現(xiàn)在逐漸有很多公司和高校開始把虛擬技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)和科研中。國(guó)內(nèi)有些大學(xué)已經(jīng)把虛擬儀器技術(shù)，特別是LabVIEW和科研試驗(yàn)接合起來(lái)，在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)監(jiān)控、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的分析、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)綜合測(cè)試等方面取得了一定的成果。

2虛擬儀器技術(shù)

所謂虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的具有特殊功能的高檔低價(jià)的新型儀器。虛擬儀器代替了傳統(tǒng)儀器，改變了傳統(tǒng)儀器的使用方式，提高了儀器的功能和使用效率，大幅度地降低了儀器的價(jià)格。用戶可使用相同的硬件系統(tǒng)，通過(guò)不同的軟件編程就可以充分發(fā)揮自己的才能、想象力，按自己的意愿隨心所欲地設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)功能完全不同的各種測(cè)量。可見，軟件系統(tǒng)是虛擬儀器的核心，軟件可以定義各種儀器，因此可以說(shuō)“軟件就是儀器”。在整個(gè)虛擬儀器中，計(jì)算機(jī)，也就是我們常說(shuō)的PC機(jī)，是虛擬儀器的靈魂。

虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測(cè)控功能平臺(tái)。按照測(cè)控功能硬件的不同，虛擬儀器可分為GPIB、VXI、PXI和DAQ四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，用來(lái)進(jìn)行信號(hào)采集、傳輸、控制。虛擬儀器系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。

與傳統(tǒng)的測(cè)試儀器相比，虛擬儀器不僅具有面向?qū)ο髴?yīng)用程序的特點(diǎn)，而且具有真實(shí)儀器的外觀、實(shí)用性和可操作性，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)可以比較容易地實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能;(2)人機(jī)交互界面清晰美觀，而且容易構(gòu)造;(3)系統(tǒng)有很大的靈活性，可以根據(jù)需要修改和重新定義功能，(4)開發(fā)周期短，成本較低。

3虛擬儀器在汽車中的應(yīng)用

3.1虛擬儀器在液力變矩器中的應(yīng)用

液力變矩器的性能直接影響汽車的行駛安全性，可以利用虛擬儀器技術(shù)，測(cè)量不同轉(zhuǎn)速和進(jìn)口壓力下的液力變矩器的性能參數(shù)(如圖2)。通過(guò)人機(jī)接口完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)資源的配置以及測(cè)試數(shù)據(jù)的回放和打印。主控臺(tái)負(fù)責(zé)系統(tǒng)間的通信和協(xié)調(diào)工作，根據(jù)初始信息調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)程序，接收從I/0口回饋的試驗(yàn)信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，發(fā)出控制信號(hào)使液力變矩器到達(dá)預(yù)定狀態(tài)，并保持穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)該狀態(tài)進(jìn)行性能測(cè)試。該系統(tǒng)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的測(cè)試儀，更加利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和智能測(cè)試與診斷的開發(fā)。

3.2虛擬儀器在汽車的制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的汽車的制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性測(cè)試過(guò)程中，主要采用五輪儀、非接觸式車速儀以及方位陀螺儀、垂直陀螺儀等儀器。這些設(shè)備大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，有些參數(shù)的測(cè)量誤差較大，沒有綜合測(cè)試的配套軟件、數(shù)據(jù)處理不方便等，而利用虛擬儀器可以很方便的解決傳統(tǒng)測(cè)試中的問題(如圖3)。

此系統(tǒng)主要由接口電路、軟件和虛擬儀器面板組成，其中硬件可實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的接口，即完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸人輸出及記數(shù)器/定時(shí)器操作等功能。軟件包括驅(qū)動(dòng)接口和儀器功能程序。由以上測(cè)試原理構(gòu)成的汽車綜合測(cè)試系統(tǒng)，克服了有些硬件檢測(cè)儀器需要使用模擬跟蹤儀繪制曲線，靠人工判別辨認(rèn)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化處理。

3.3虛擬儀器在車輛防抱制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

車輛防抱制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)是減少交通事故的有效部件。將虛擬儀器引人ABS中，不僅能將傳統(tǒng)儀器所包含的信號(hào)采集與控制、分析處理和結(jié)果顯示全部在個(gè)人計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)，而且用戶能根據(jù)其自身的需要，通過(guò)修改軟件方便地變更、增減儀器的功能和規(guī)模。該系統(tǒng)(如圖3)不僅能完成對(duì)輸人數(shù)據(jù)采集、處理、分析，也能夠完成輸出數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果顯示，更重要的是能方便地改變防抱死控制模式，郎使用不同控制模塊進(jìn)行控制，以研究多種模式的效果，減少了試驗(yàn)儀器的投人。

3.4虛擬儀器在車橋檢測(cè)中的應(yīng)用

汽車驅(qū)動(dòng)橋整車道路試驗(yàn)雖然能如實(shí)地反映行駛時(shí)的實(shí)際情況，但需要消耗大量的人力和物力，而且試驗(yàn)周期很長(zhǎng)，控制也很困難。采用室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)的方法對(duì)驅(qū)動(dòng)橋總成進(jìn)行性能試驗(yàn)，能夠更早發(fā)現(xiàn)問題。基于虛擬儀器的HCQ-3.0試驗(yàn)系統(tǒng)(如圖4)主要由道路模擬系統(tǒng)(主要包括滾筒和飛輪組)、液壓加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)(主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸)、車橋的夾固系統(tǒng)以及安全防護(hù)裝置等組成。 HCQ-3.0檢測(cè)軟件對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行控制，與試驗(yàn)臺(tái)一起共同完成對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋性能的檢測(cè)及數(shù)據(jù)獲取、處理、分析、顯示、保存，并進(jìn)行檢測(cè)檔案管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)外虛擬儀器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在車輛檢測(cè)、生產(chǎn)中也已運(yùn)用多年，而在我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較晚。由于虛擬儀器具有上述諸多特點(diǎn)，可大大節(jié)省項(xiàng)目的資金投人，提高效益、效率，所以值得在汽車領(lǐng)域大力推廣。目前，基于PC機(jī)的虛擬儀器技術(shù)正向高性能、多功能、集成化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)能促進(jìn)車輛測(cè)試儀器的發(fā)展，有良好的應(yīng)用前景。