基于虛擬儀器技術(shù)電機(jī)式汽車儀表的設(shè)計(jì)

谷軍閃，李 超

（1.周口科技職業(yè)學(xué)院，河南周口,466000；2.淮陽(yáng)縣劉振屯鄉(xiāng)第一初級(jí)中學(xué)，河南周口,466725）

基于虛擬儀器技術(shù)電機(jī)式汽車儀表的設(shè)計(jì)

谷軍閃1，李 超2

（1.周口科技職業(yè)學(xué)院，河南周口,466000；2.淮陽(yáng)縣劉振屯鄉(xiāng)第一初級(jí)中學(xué)，河南周口,466725）

針對(duì)電機(jī)式汽車儀表中虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，從設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方面入手，做了簡(jiǎn)單的論述分析。基于虛擬儀器技術(shù)的電機(jī)式汽車，其車速表與里程表等的性能較強(qiáng)，能夠精準(zhǔn)的反映出汽車行駛的實(shí)際情況，為駕駛?cè)藛T提供準(zhǔn)確的信息，以及時(shí)做好車輛運(yùn)行維護(hù)工作，及時(shí)為汽車補(bǔ)充能量，確保汽車能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。

虛擬儀器技術(shù)；電機(jī)式；汽車儀表；功能設(shè)計(jì)

0 引言

汽車儀表盤作為汽車能量消耗反映的重要指標(biāo)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷地更新?lián)Q代。電機(jī)式儀表憑借自身的高性能，即可靠性以及穩(wěn)定性等，被廣泛的應(yīng)用在汽車領(lǐng)域。電機(jī)式儀表設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，而且后期使用的過程中，難以對(duì)其進(jìn)行有效的調(diào)整。而基于虛擬儀器技術(shù)的儀表，則能夠極大程度上提升汽車儀表的性能。

1 虛擬儀器技術(shù)概述

虛擬儀器技術(shù)理念，主要是借助計(jì)算機(jī)，進(jìn)行儀器管理工作，實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)組織，替代儀器設(shè)備完成相應(yīng)的測(cè)量工作，實(shí)現(xiàn)完全取代傳統(tǒng)儀器電子儀器的目標(biāo)。現(xiàn)階段，電機(jī)式儀表設(shè)計(jì)，所利用的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)較多，主流平臺(tái)包括Labview、GL Studio等，多采用Labview，作為電機(jī)式汽車儀表盤設(shè)計(jì)平臺(tái)，基于汽車儀表盤功能，借助虛擬儀器技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)基本功能仿真設(shè)計(jì)，比如車速與油耗等。

2 汽車儀表盤功能分析

2.1 車速表

汽車儀器設(shè)備中，儀表是主要儀器，主要是用來反映汽車行駛狀態(tài)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)信息的。基于汽車儀表的功能，可以將其分為車速表與里程表，以及燃油表與機(jī)油壓力表等。車速表多為電磁式電流表，汽車在實(shí)際運(yùn)行的過程中，車速表使用電流表來進(jìn)行指示，車速傳感器將獲得而的信號(hào)，利用信號(hào)處理器，將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。電流表負(fù)責(zé)將電流轉(zhuǎn)化為車速，以英里/小時(shí)為單位，或者公里/小時(shí)為單位。

2.2 里程表

通常情況下，里程表主要構(gòu)成是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與計(jì)數(shù)器等。汽車實(shí)際運(yùn)行的國(guó)策中，車速表所輸出的脈沖信號(hào)，利用信號(hào)處理電路，實(shí)現(xiàn)信號(hào)分頻與方法，最后將其變?yōu)槊}沖信號(hào)。電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)的信號(hào)轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為角位移信號(hào)，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄汽車進(jìn)行歷程。

2.3 燃油表與機(jī)油壓力表

汽車儀表盤構(gòu)成中，燃油表主要是用來反映汽車油箱內(nèi)剩余油量情況。燃油表構(gòu)成包括油量指標(biāo)表與傳感器等，用指針來作為指示，通過數(shù)字顯示。機(jī)油壓力表組主要用來反映發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況，即反映潤(rùn)滑系統(tǒng)中的機(jī)油壓力大小。機(jī)油壓力表構(gòu)成包括油壓指示表以及油壓傳感器等。部分汽車儀表盤內(nèi)為安置機(jī)油壓力表，使用油壓指示系統(tǒng)，來檢測(cè)汽車潤(rùn)滑系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)油壓力。

2.4 水溫表與轉(zhuǎn)速表

汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的運(yùn)行，需要避免發(fā)動(dòng)機(jī)過熱或者過冷，確保發(fā)動(dòng)機(jī)能夠始終保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。水溫表屬于汽車儀表盤中的這主要儀表，主要包括水溫指示計(jì)以及水溫傳感器等，常用的水溫傳感器，包括雙金屬片式以及熱敏電阻式，而溫度表主要為電熱式或者電磁式。轉(zhuǎn)速表主要是用來顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的，作為工況信息反映的主要裝置，能夠?qū)崟r(shí)提供發(fā)動(dòng)機(jī)信息，以便汽車駕駛?cè)藛T能夠合理的選擇速度范圍。

3 基于虛擬儀器技術(shù)的汽車儀表盤設(shè)計(jì)

3.1 選擇虛擬儀器

虛擬儀器即軟件，其硬件多是負(fù)責(zé)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化，將測(cè)量物理信號(hào)給轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制信號(hào)，對(duì)采集數(shù)據(jù)做有效的分析與存儲(chǔ)。當(dāng)完成虛擬儀器硬件平臺(tái)構(gòu)建后，則需要進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)，構(gòu)建虛擬界面，為用戶提供人機(jī)接口，進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，修改儀器操作等。除此之外利用虛擬儀器，即計(jì)算機(jī)，來參與信號(hào)分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入與輸出，做好數(shù)據(jù)分析與存儲(chǔ)工作。通常情況下，虛擬儀器層次結(jié)構(gòu)，主要包括I/O接口軟件、儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用軟件。基于LabVIEM平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)編寫，借助軟件的函數(shù)模塊庫(kù)功能，進(jìn)行汽車儀表盤測(cè)試與系統(tǒng)開發(fā)。汽車儀表盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，功能模塊設(shè)計(jì)主要包括上述提到的車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油表等測(cè)試模塊。在進(jìn)行系統(tǒng)模塊測(cè)試前，需要做好車輛特征參數(shù)分析，借助數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析以及顯示[1]。

3.2 界面設(shè)計(jì)

基于汽車儀表盤功能特征分析，能夠明確汽車儀表盤的界面，主要是由各模塊與指示燈等構(gòu)成。因?yàn)閮x表盤各功能模塊分工不同，共同組成儀表盤界面，對(duì)此在進(jìn)行界面設(shè)計(jì)的過程中，則需要明確各模塊的基本功能，便于汽車駕駛?cè)藛T可以便捷的獲取汽車運(yùn)行的實(shí)際情況，進(jìn)而獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)做好汽車參數(shù)調(diào)整工作。基于實(shí)際采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行功能模塊參數(shù)設(shè)置以及報(bào)警信息設(shè)置等。基于程序?qū)嶋H運(yùn)行，結(jié)合油量情況，來設(shè)定燃油表，結(jié)合測(cè)試汽車車速與油耗，以實(shí)現(xiàn)模擬測(cè)試。現(xiàn)階段，多數(shù)汽車?yán)鋮s液的溫度在90℃左右，通常在80℃-150℃范圍內(nèi)波動(dòng)，則表示汽車溫度正常，將水溫警報(bào)設(shè)置為150℃，汽車駕駛?cè)藛T可以從面板上直接讀取[2]。

3.3 功能模塊設(shè)計(jì)

儀表盤功能模塊設(shè)計(jì)主要分為以下內(nèi)容：1）車速表模塊。通常情況下車速表預(yù)設(shè)范圍為0-250km/h，若速度超出120km/h，則會(huì)發(fā)出車速警報(bào)信息，基于儀表盤主界面面板來提示，現(xiàn)實(shí)相應(yīng)的數(shù)值。基于預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)采集卡，利用函數(shù)公式，將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)數(shù)值，進(jìn)而現(xiàn)實(shí)在速度表中。2）發(fā)動(dòng)機(jī)模塊。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試模塊，其在特征參數(shù)方面與車速表模塊存在差異，利用數(shù)據(jù)采集卡，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，借助函數(shù)公式，轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)數(shù)值，將其顯示于轉(zhuǎn)速表內(nèi)。將發(fā)動(dòng)機(jī)指示范圍預(yù)設(shè)在0-8000r/min，將超速警設(shè)置為6000r/min，利用函數(shù)公式，將數(shù)據(jù)采集卡所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)值。3）燃油表模塊。基于虛擬儀器技術(shù)的燃油表測(cè)試，要預(yù)設(shè)燃油測(cè)試范圍，結(jié)合實(shí)際情況，利用函數(shù)公式，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，將其顯示于燃油表面板。利用0-1來表示油位，燃油不足警報(bào)設(shè)置為＜0.2，利用報(bào)警燈閃爍來提示[3]。

3.4 數(shù)據(jù)采集

基于虛擬儀器技術(shù)的汽車儀表盤設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集使用的是NImyDAQ，來負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)速參數(shù)、耗油參數(shù)、數(shù)字信號(hào)源參數(shù)等，接著進(jìn)行模擬與數(shù)字信號(hào)采集以及分析工作，建立轉(zhuǎn)換函數(shù)模型，進(jìn)而在虛擬儀表盤上，將汽車車堵以及轉(zhuǎn)向燈等信息，展現(xiàn)出來。NImyDAQ可以支持動(dòng)手操作試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以和LabVIEW圖形化系統(tǒng)軟件相互結(jié)合，可以真實(shí)的模擬電路，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。在進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)搭建的過程中，要實(shí)現(xiàn)車速表以及轉(zhuǎn)速表等模塊測(cè)試外，還需要展現(xiàn)警報(bào)信號(hào)，監(jiān)測(cè)汽車系統(tǒng)運(yùn)行情況，比如車速與里程等。隨著汽車的更新發(fā)展，使得汽車儀表需要顯示的運(yùn)行信息不斷地增加，虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，能夠降低駕駛?cè)藛T的操作難度，同時(shí)可以簡(jiǎn)化儀表界面，借助數(shù)據(jù)采集與顯示技術(shù)，集中顯示信息，搭建友好界面，進(jìn)而滿足消費(fèi)者的基本需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于虛擬儀器的汽車儀表盤的設(shè)計(jì)，多利用LabVIEM平臺(tái)，進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)，搭建系統(tǒng)界面，以實(shí)現(xiàn)汽車儀表盤仿真測(cè)試，進(jìn)而確保汽車儀表盤設(shè)計(jì)的合理性。

[1]龔立雄,吳旭,黃敏.基于虛擬儀器的汽車儀表盤仿真設(shè)計(jì)[J].湖北工程學(xué)院學(xué)報(bào),2014（06）:33-37.

[2]宋秦中,劉大偉,王洪偉,閆然.基于虛擬儀器的汽車儀表面板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015（01）:90-92.

[3]韓亮,李巖松.基于虛擬儀器技術(shù)的電動(dòng)汽車充電樁故障錄波系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電測(cè)與儀表,2015（21）:74-79.

Design of motor vehicle instrument based on Virtual Instrument Technology

Gu Junshan1, Li Chao2
(1.Zhoukou science and technology Career Academy,ZhouKou Henan,466000;2.Huaiyang Liu Zhen Tun first junior high school,Zhoukou Henan,466725)

In view of the application of virtual instrument technology in motor vehicle instrument, this paper makes a simple analysis on the realization of the design. Motor vehicle based on virtual instrument technology, the speedometer and odometer and strong performance, can accurately reflect the actual situation of the car, to provide accurate information for the driver, to timely vehicle maintenance work in time for the car to supplement the energy, ensure that the car can run stably.

Virtual instrument technology; Motor; Automobile instrument; Function design