孫建

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，對(duì)于汽車性能的測(cè)試提出了虛擬儀器的測(cè)試方法，構(gòu)建了虛擬儀器的汽車性能測(cè)試系統(tǒng)，在系統(tǒng)當(dāng)中，主要是利用PC-DAQ 方案來(lái)利用多傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和融合，在PC 機(jī)平臺(tái)和虛擬儀器軟件的配合下，實(shí)現(xiàn)了汽車各種性能的數(shù)據(jù)采集控制，將多種數(shù)字化的汽車轉(zhuǎn)化成為PC 機(jī)為核心和硬件支持的數(shù)字化、柔性化、智能化的汽車性能虛擬集成測(cè)試系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)汽車的排放性能、噪聲、前大燈、制動(dòng)性能以及懸架特性等多種性能進(jìn)行測(cè)試。在本文當(dāng)中，首先對(duì)虛擬儀器進(jìn)行了概述;其次對(duì)汽車性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)做出了研究;最后在應(yīng)用實(shí)例的基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：汽車性能測(cè)試 虛擬測(cè)試 虛擬儀器

Application of Virtual Instrument Technology in Automobile Performance Test

Sun Jian

Abstract：With the continuous development of modern technology， a virtual instrument test method has been proposed for automotive performance testing， and a virtual instrument automotive performance testing system has been constructed. In the system， the PC-DAQ program is mainly used to use multi-sensor data. With the cooperation of PC platform and virtual instrument software， data acquisition and control of various performances of automobiles are realized， and a variety of digital automobiles are transformed into digital， flexible， and intelligent PCs as the core and hardware support. A virtual integrated test system for automotive performance can test various performances such as vehicle emission performance， noise， headlights， braking performance and suspension characteristics. In this article， the virtual instrument is firstly summarized; secondly， the overall design of the automotive performance test system design system is researched; finally， a detailed analysis is made on the basis of application examples.

Key words：automobile performance test， virtual test， virtual instrument

近些年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及儀器儀表技術(shù)的飛速發(fā)展，在新的測(cè)量理論方法以及測(cè)量?jī)x器得到了廣泛的應(yīng)用，其中包含虛擬儀器，即為（virtualinstrument， VI，虛擬儀器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代儀器系統(tǒng)的有效緊密的聯(lián)系，打破了人們對(duì)傳統(tǒng)儀器的概念，成為了一種全新的理念，對(duì)于測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域帶來(lái)了相當(dāng)大的影響。在虛擬儀器當(dāng)中被廣泛的應(yīng)用于電子、機(jī)械、通信教育以及汽車制造等領(lǐng)域當(dāng)中，在汽車電子領(lǐng)域當(dāng)中，需要經(jīng)常進(jìn)行測(cè)量和測(cè)試，因此利用虛擬儀器技術(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，可以最大限度的提升其測(cè)量效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本的現(xiàn)象。

1 虛擬儀器

虛擬儀器，主要指的是利用計(jì)算機(jī)為核心，集成的硬件平臺(tái)，其中可以實(shí)現(xiàn)用戶自定義設(shè)計(jì)、虛擬的操作面板，其中的測(cè)試功能主要由測(cè)試軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，屬于一種計(jì)算機(jī)的儀器系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的儀器一樣，具有基本的功能，包含了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和分析、結(jié)果表達(dá)。在虛擬儀器的特點(diǎn)方面，具有相當(dāng)豐富和強(qiáng)大的功能，虛擬儀器技術(shù)充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)發(fā)布的功能，傳統(tǒng)儀器當(dāng)中的數(shù)據(jù)信號(hào)存儲(chǔ)顯示打印都在計(jì)算機(jī)當(dāng)中進(jìn)行了處理，使其建立了一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。并且還具備開發(fā)速度較快且重復(fù)利用率高的特點(diǎn)，虛擬儀器主要是利用軟件來(lái)作為主題完成工具，使得一部分在硬件當(dāng)中完成的工作可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，在開發(fā)周期方面縮短，最大限度的滿足了其技術(shù)和市場(chǎng)的需求。在設(shè)計(jì)和修改方面也相對(duì)方便，在傳統(tǒng)的儀器設(shè)備修改過(guò)程當(dāng)中需要專業(yè)的人員進(jìn)行完成，但是對(duì)虛擬儀器來(lái)說(shuō)，用戶可以自行的參與設(shè)計(jì)，很快的在虛擬儀器的功能面板當(dāng)中進(jìn)行修改。最后在開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低，對(duì)虛擬儀器的開發(fā)加工方面，都實(shí)現(xiàn)了軟件化的操作，在制造工藝以及制造成本以及傳統(tǒng)儀器方面都縮短了經(jīng)濟(jì)成本，節(jié)省了人力、物力，降低了維護(hù)的成本。在測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成方面，虛擬儀器可以當(dāng)成測(cè)試儀器來(lái)進(jìn)行單獨(dú)使用，利用高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程系統(tǒng)、監(jiān)控和故障的有效診斷。

虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)當(dāng)中，主要包含了計(jì)算機(jī)和 I/O接口設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，接口總線的不同，可以分為不同的方案來(lái)進(jìn)行測(cè)試。在對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器當(dāng)中，可以對(duì)數(shù)據(jù)采集卡和專業(yè)的軟件相結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試任務(wù)的完成，在計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源的基礎(chǔ)上使得儀器成本的資源大幅度的降低，在開發(fā)周期以及更新改進(jìn)方案方面相對(duì)簡(jiǎn)便。在GPIB總線方式的虛擬儀器當(dāng)中，主要是利用傳統(tǒng)的測(cè)試儀器在數(shù)字接口方面的延伸和擴(kuò)展，利用GPIB技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)儀器的操作和控制，提升了測(cè)試的效率。在VXI（VMEbuseXtensionforInstrumentation）總線方式當(dāng)中，具備標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多廠家支持等優(yōu)點(diǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)度組件較大或者中規(guī)模的自動(dòng)測(cè)試儀系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。在PXI（PCIeXtension forInstrumentation）方面主要是對(duì)系統(tǒng)體積較小的場(chǎng)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 汽車性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方面，一般利用PC-DAQ 方案進(jìn)行測(cè)試，在多傳感器的采集和數(shù)據(jù)融合方面，進(jìn)行平臺(tái)和虛擬儀器軟件的實(shí)現(xiàn)，最終構(gòu)成了汽車性能的各種數(shù)據(jù)采集控制儀器和系統(tǒng)。

在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)于汽車的性能系統(tǒng)檢測(cè)硬件需要對(duì)其基礎(chǔ)硬件和外圍硬件做出檢測(cè)，系統(tǒng)硬件的平臺(tái)在奔IV工業(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算機(jī)的智能控制，屬于硬件系統(tǒng)的核心部位，對(duì)于汽車當(dāng)中內(nèi)部的總成各部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，比如信號(hào)采集、分析計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印和報(bào)警輸出等。在外圍硬件的檢測(cè)當(dāng)中，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和處理，其中需要實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、多功能數(shù)據(jù)采集卡和各種計(jì)算機(jī)內(nèi)置卡槽等部分進(jìn)行檢測(cè)。信號(hào)采集和處理系統(tǒng)可以對(duì)虛擬儀器當(dāng)中的信號(hào)和性能進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)速度的測(cè)試和精度的測(cè)試，主要包含了信號(hào)調(diào)整電路、阻抗變換電路、電壓控制放大電路和觸發(fā)電路等。在信號(hào)放大電路當(dāng)中，屬于信號(hào)調(diào)理電路的核心部分，可以將信號(hào)放大成為0～+10V的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體電路的通屏寬帶和幅值進(jìn)行調(diào)控。在多功能數(shù)據(jù)采集卡當(dāng)中，屬于本測(cè)試系統(tǒng)的外置硬件核心部分，包含了16路模擬輸入通道，2路模擬輸出通道，8個(gè)數(shù)字I/O和2個(gè)計(jì)數(shù)（ 定時(shí)器）。主要是在PCI總線控制下，其中的采樣頻率為200kHz，可以最大限度的滿足汽車性能測(cè)試系統(tǒng)的需求。

對(duì)于汽車系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要是在虛擬儀器的基礎(chǔ)上進(jìn)行汽車性能的檢測(cè)，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件構(gòu)成了其軟件系統(tǒng)，提供出檢測(cè)系統(tǒng)的工作環(huán)境，系統(tǒng)主要是基于Windows 操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)開發(fā)設(shè)計(jì)，其中的主要功能囊括了檢測(cè)程序、檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)以及文件文本等多個(gè)功能。對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本硬件來(lái)說(shuō)，需要在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)用戶的測(cè)量和控制，最終獲得測(cè)量結(jié)果和數(shù)據(jù)采集，在計(jì)算機(jī)智能化的方式下進(jìn)行處理，對(duì)于測(cè)試的結(jié)果可以在窗口部分進(jìn)行輸出，并且將其參數(shù)曲線進(jìn)行輸出顯示。對(duì)于軟件平臺(tái)的開發(fā)，主要是基于美國(guó)NI公司研制的產(chǎn)品 LabView來(lái)實(shí)現(xiàn)，其產(chǎn)品可以將傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言利用圖標(biāo)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，將程序的執(zhí)行利用數(shù)據(jù)流量變成的方式進(jìn)行代替，至于文本形式的編程方式則可以在圖形語(yǔ)言和圖標(biāo)以及連線的方式當(dāng)中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其開發(fā)系統(tǒng)當(dāng)中具備了擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于用戶的需求要求可以最大限度的滿足。

在對(duì)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，需要在模塊化的方式下進(jìn)行編寫，從而實(shí)現(xiàn)功能模塊化的實(shí)現(xiàn)，其中包含了排放性能測(cè)試模塊、噪聲測(cè)試模塊、前大燈測(cè)試模塊、制動(dòng)性能測(cè)試模塊、懸架特性測(cè)試模塊、底盤測(cè)功模塊、轉(zhuǎn)向操縱性能測(cè)試模塊以及側(cè)滑性能測(cè)試模塊等。在模塊當(dāng)中需要實(shí)現(xiàn)各自子模塊的調(diào)用開發(fā)，對(duì)于子模塊來(lái)說(shuō)，需要對(duì)一系列的操作進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，比如數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)打印、控制信號(hào)輸出及錯(cuò)誤事件處理等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)處理。對(duì)于軟件整體的設(shè)計(jì)流程，在外部?jī)x器的啟動(dòng)下，可以在虛擬儀器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)測(cè)試連接，進(jìn)行儀器設(shè)備的初始化操作，對(duì)于其測(cè)試過(guò)程需要進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。將其數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并且記錄保存在系統(tǒng)內(nèi)部。與此同時(shí)，在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)之后得出的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算之后，進(jìn)行結(jié)果的顯示，以此來(lái)完成汽車性能的有效測(cè)試。

3 應(yīng)用實(shí)例

在測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，對(duì)汽車懸架性能測(cè)試方面，利用虛擬測(cè)試儀器的軟面板進(jìn)行測(cè)試，包含了輸入、輸出信號(hào)的采集與顯示、測(cè)試項(xiàng)目的選擇以及對(duì)采集的波形，對(duì)于車輪狀態(tài)的接地力和懸架的吸收率大小可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，對(duì)于被測(cè)試車輛的懸架系統(tǒng)來(lái)做出等級(jí)評(píng)定。在此種方式下，具備簡(jiǎn)單、直觀和綜合信息豐富的特點(diǎn)，對(duì)虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，較低的稱質(zhì)量誤差才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性誤差在2.0%的范圍內(nèi)，但是總體上進(jìn)行測(cè)量誤差要小于本來(lái)的檢測(cè)臺(tái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，虛擬儀器可以利用相同的硬件來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的采集，利用不同的傳感器和測(cè)試軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試功能，虛擬儀器的技術(shù)在汽車性能測(cè)試領(lǐng)域當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，其汽車檢測(cè)的設(shè)備投資相對(duì)較少，開發(fā)周期相對(duì)較短，具有通用性和維護(hù)性相對(duì)較強(qiáng)的特點(diǎn)，不斷的提升了性能測(cè)試的智能化程度，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試的精確程度。在系統(tǒng)當(dāng)中人機(jī)界面交互相對(duì)較好，操作方便，從而提升工作效率。

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