車輛工程領(lǐng)域中虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景

摘 要： 虛擬儀器技術(shù)有效的融合了計算機(jī)技術(shù)和測量技術(shù)，通過計算機(jī)軟件，將計算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和儀器設(shè)備的硬件測量與控制能力緊密結(jié)合，并通過計算機(jī)軟件實現(xiàn)對信息的把握、保存和處理，具有性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時間少、無縫集合等優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞： 車輛工程；虛擬儀器；應(yīng)用

虛擬儀器技術(shù)有效的融合了計算機(jī)技術(shù)和測量技術(shù)，通過計算機(jī)軟件，將計算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和儀器設(shè)備的硬件測量與控制能力緊密結(jié)合，并通過計算機(jī)軟件實現(xiàn)對信息的把握、保存和處理，具有性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時間少、無縫集合等優(yōu)勢。近年來，虛擬儀器技術(shù)在汽車工程領(lǐng)域得到良好的應(yīng)用，有效的提升了汽車設(shè)計、制造、使用和檢測的水平，帶動了汽車工程相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

一、虛擬儀器技術(shù)

虛擬儀器技術(shù)就是通過軟件將計算機(jī)強(qiáng)大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理，因此有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，容易構(gòu)建，所以應(yīng)用廣泛，尤其在科研、開發(fā)、測量、檢測、測控等領(lǐng)域。虛擬儀器功能強(qiáng)大的開發(fā)軟件，可讓用戶迅速建立用于設(shè)計和產(chǎn)品測試的自動化測量系統(tǒng)，并能方便地實現(xiàn)系統(tǒng)在各種環(huán)境下重復(fù)使用，而且維護(hù)起來簡便。而其集成式軟件架構(gòu)最大限度地減少了建造復(fù)雜測量系統(tǒng)所需時間和資金，同時這些軟件架構(gòu)針對大型系統(tǒng)的管理任務(wù)，提供了滿足測試和控制要求的完全客戶化的測試管理軟件及從大型測量系統(tǒng)的服務(wù)器上收集與分析測試數(shù)據(jù)的軟件工具。

二、應(yīng)用

目前在車輛工程領(lǐng)域，虛擬儀器主要用于車輛設(shè)計、研究、生產(chǎn)控制、檢測維修等，而且大都處于理論試驗階段，大范圍的應(yīng)用尚需時日[4～7]。深化虛擬儀器技術(shù)在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用，必將有助于提高車輛科研水平和生產(chǎn)效率。

1、虛擬儀器在汽車儀表檢測中的應(yīng)用。在汽車儀表大批量生產(chǎn)的同時帶來另一個問題，那就是生產(chǎn)成品的檢驗問題。儀表總成是現(xiàn)代汽車的信息中心，它的生產(chǎn)質(zhì)量，關(guān)系到汽車行駛的安全性和整車的質(zhì)量。由于汽車儀表的更新?lián)Q代，新的產(chǎn)品不斷出現(xiàn)而舊的儀表又沒有退出使用，如何設(shè)計出一種能針對各種不同型號儀表的檢測設(shè)備應(yīng)用在汽車儀表檢測中己經(jīng)成為一項重要而且極富現(xiàn)實意義的課題。

通過NI公司的軟硬件產(chǎn)品對整個檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)儀表測試所需的各種模擬、數(shù)字、開關(guān)、K-Line、CAN等各種信號參數(shù)，采用NI的PXI系列板卡、中泰的PCM-536以及自制的可編程網(wǎng)絡(luò)電阻和數(shù)據(jù)通訊轉(zhuǎn)換卡組成系統(tǒng)的硬件電路部分。以此為基礎(chǔ)，再利用NI的LabVIEW軟件對整個測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，最終目標(biāo)是研制一個小巧、靈活、可靠性高的便攜式檢測系統(tǒng)，在汽車儀表檢測中它能夠針對大部分的車型，模擬產(chǎn)生儀表所需的各種采集信號信息，并且通過CAN接口與被測儀表進(jìn)行通信，從而實現(xiàn)汽車狀態(tài)信息的實時反饋。

通過NI公司的LabVIEW軟件平臺對整個測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，經(jīng)過實踐證明它不僅降低了生產(chǎn)成本，提高了檢測效率，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且一個完整的汽車智能數(shù)字儀表的檢測系統(tǒng)，也適用于通用的汽車儀表檢測系統(tǒng)。

2、汽車的性能設(shè)計方面。在汽車性能設(shè)計中，虛擬儀器技術(shù)逐步代替了以往傳統(tǒng)的設(shè)計方法或技術(shù)，應(yīng)用現(xiàn)狀與前景良好。傳統(tǒng)的設(shè)計方法復(fù)雜而又浪費時間與精力，且無法實現(xiàn)功能設(shè)計和功能實驗的共同進(jìn)步。過去的設(shè)計方法通常是先做出系統(tǒng)，然后在實驗層面上進(jìn)行測試，然后再驗證這個系統(tǒng)的功能，這種方法不僅消耗了大量的時間和精力，也難以改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計，改進(jìn)的結(jié)果且不能立即展示，而且測試系統(tǒng)價格高昂，使用不方便。運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計人員可以快速對設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行更改或改進(jìn)，并及時了解設(shè)計的效果，有效的改善傳統(tǒng)設(shè)計方法的不足。

3、虛擬儀器在汽車的制動性和操縱穩(wěn)定性中的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的汽車的制動性和操縱穩(wěn)定性測試過程中，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)的測量誤差較大，沒有綜合測試的配套軟件、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)測試中的問題。

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/定時器操作等功能。軟件包括驅(qū)動接口和儀器功能程序。由以上測試原理構(gòu)成的汽車綜合測試系統(tǒng)，克服了有些硬件檢測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，實現(xiàn)了全數(shù)字化處理。

4、車輛檢測與維修。在車輛安全與維修檢測中，一般都采用儀器設(shè)備與人工直觀相結(jié)合的方式，檢測結(jié)果因易受到人為因素的干擾而喪失準(zhǔn)確性。運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，可使配光檢測系統(tǒng)和車輛尾氣系統(tǒng)相結(jié)合，更新檢測方式，實現(xiàn)對汽車及汽車相關(guān)部件的自動檢測，并提高準(zhǔn)確度，如用虛擬儀器研制的車燈配光檢測系統(tǒng)和車輛尾氣成分含量檢測系統(tǒng)等。另一方面，虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用對汽車的實驗與測試方面也有重要的促進(jìn)作用。在汽車實驗和測試中，需要對各種信號進(jìn)行測量和分析操作，由人工或機(jī)械方式完成這些任務(wù)難度大、時間長。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，不僅使這些問題得到有效緩解，也為汽車測試與實驗提供了更多的選擇，為汽車測試中出現(xiàn)的問題提供了更加靈活有效的解決方案。

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)車輛測試儀器的發(fā)展，有良好的應(yīng)用前景。