虛擬儀器在汽車自動化測控系統中的應用設計

龐敏

摘 要：在汽車自動化測控系統中采用虛擬儀器技術，創造了具有使用靈活、可配置性強和易于擴展等優點的汽車性能檢測系統。本文對虛擬儀器進行了簡單介紹，對虛擬儀器在汽車自動化測控系統中的應用背景、測控技術、實際應用進行了探討。

關鍵詞：虛擬儀器；汽車；自動化測控

引言

隨著計算機、軟件及電子技術的發展，虛擬儀器技術的應用已突破了最初的儀器控制盒數據采集的范疇，還常常用于控制系統，構建大型的自動化測試系統。在電子電氣、裝備自動化、能源電力、汽車等行業得到廣泛的應用。

1 虛擬儀器簡介

美國國家儀器有限公司于20世紀80年代成功研制出了虛擬儀器，它的主要思想是利用模塊化硬件載體，結合靈活高效軟件通過平臺實現儀器功能，用戶可以通過友好的圖形界面與一起進行交互作用，組建計算機分析系統和自動控制系統，完成測試、測量和自動化應用，使測控領域充分利用計算機技術發展。在虛擬系統中，虛擬儀器軟件具有主導地位，另外還包括計算機、硬件接口、傳感器和電纜等。硬件設備與接口部分主要由虛擬儀器系統與傳感器的接口電路和數據傳輸總線組成。虛擬儀器系統的靈活性與可配置性要求傳感器的接口電路能夠適應不同的傳感器信號，當需要接入新的傳感器時只需要通過編程設置就可使接口電路能夠滿足傳感器信號的要求。

虛擬儀器與傳統儀器的對比如表1：

2 虛擬儀器在汽車自動化測控系統中的應用背景

作為虛擬儀器軟件開發平臺，Labview在數據采集、顯示、信號處理和數據傳輸等方面有強大的功能，突破了傳統儀器的物理結構和功能限制，對測試、測量領域產生了重大影響。在汽車電子領域，經常需要進行各種測試、測量實驗。采用傳統儀器進行臺架實驗，不僅需要投入大量的人力、物力和事件，而且效率低，還有可能造成與實際汽車工況不符合的情況。虛擬儀器技術的研究和應用，對汽車設計、制造及測試具有非常重要的意義。

3 汽車測控技術

通過基于虛擬儀器的測控系統對汽車的動力性能、安全性能、操作性能等進行檢測，并得出檢測數據。汽車測控系統的原理：被檢測物理量（溫度、振動、液位、壓力等）通過傳感器轉換成電量，然后經過信號調理電路的處理，形成NI數據采集模塊能夠接收的電壓、電流或頻率信號，最后通過基于Labview的工控系統軟件，利用虛擬儀器面板對數據進行分析、處理，將數據處理結果反饋給執行機構。

4 虛擬儀器在汽車自動化測控系統中的應用

4.1 用于儀表檢測

隨著我國經濟實力的不斷提高，汽車工業的得到了快速發展，汽車制造量連年增長，同時，汽車儀表的生產也越來越多，這就帶來了一個問題：如何解決大批量汽車儀表的檢測工作。另外，由于汽車儀表的更新換代很頻繁，新舊儀表同時出現的情況很普遍。鑒于汽車儀表在汽車整體性能和質量中的重要作用，設計針對不同汽車儀表的檢測設備成為當務之急。汽車儀表檢測系統的組成如下：硬件組成：包括工控機、數字I/O通道、信號接線盒、數據通信轉換板卡、自制的可編程網絡電阻、供電電源以及被檢測的汽車各種儀表等；軟件組成：采用Labview平臺進行設計；測試平臺組成：由各功能模塊切換鍵和汽車儀表板的模擬顯示界面（如速度表、轉速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報警和開關信號等信息顯示）兩部分組成。

4.2 用于車內測試系統。

虛擬儀器用于車內測試系統后，改變了傳統車內測試系統的測試范圍，使車內測試系統不僅僅停留在記錄一般數據和報警的水平，還能記錄和分析車內各種傳感器所傳輸的信息，這就需要汽車制造公司加強對車內測試系統可靠性、便捷性等研究與開發。美國B&B公司通過將各種不同信號調理模塊嵌入相應的SCXI機箱，然后經過Labview程序將采集的信號采集并處理、整合，這充分顯示了虛擬儀器在測試領域應用的靈活性。美國B&B公司在Labview和PXI/SCXI的研究基礎上，開發出的車內測試系統，它秉承了PXI/SCXI的靈活性和可升級性，使虛擬儀器在車內測試系統的應用價值得到充分體現。

4.3 用于汽車安全檢測領域

目前，國內一些研究機構正在進行將虛擬儀器應用在汽車安全性能檢測領域的研究工作，這些機構所研究的儀器往往只是針對汽車安全性能檢測的某一具體方面，并沒有真正體現出虛擬儀器技術的優點，而且，大多還處于實驗室研制階段。伴隨著虛擬儀器技術的逐漸成熟以及汽車檢測系統功能需求的不斷擴大，將虛擬儀器技術應用于汽車檢測領域將在很大程度上促進檢測設備的發展。具體應用實施如下：

首先分析汽車安全性能檢測項目的要求，然后根據需要確定總體設計方案。

基于虛擬儀器設計思想對系統硬件單元進行設計，包括計算機硬件平臺的選擇、數據采集硬件單元的設計、數據傳輸硬件單元的設計以及硬件系統的抗干擾設計等。

確定軟件系統的設計方案，利用Labview進行虛擬儀器應用軟件的開發以及利用C語言完成單片機程序的開發。

利用所研制的多功能汽車安全性能檢測虛擬儀器系統實現對汽車制動性能和汽車玻璃透光率的檢測功能，對所研制的虛擬儀器系統的實用性進行驗證。

對硬件系統的調理電路、模數轉換進行校準與標定；對利用所研制的虛擬儀器系統實現的汽車制動性能檢測和玻璃透光率檢測進行校準實驗。

5 結束語

虛擬儀器技術與汽車測試技術的結合，具有極大的發展空間。汽車測試不斷向多量化、高精度、高效率、自動化方向發展，而基于虛擬儀器的各種測試系統也正在不斷被提出并應用和完善。虛擬儀器技術的應用將對汽車測試系統的研究提供更大的便利和發展空間。

參考文獻

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