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(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)軟件，將計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和儀器設(shè)備的硬件測(cè)量與控制能力緊密結(jié)合，并通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)間少、無縫集合等優(yōu)勢(shì)。

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(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)軟件，將計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和儀器設(shè)備的硬件測(cè)量與控制能力緊密結(jié)合，并通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)間少、無縫集合等優(yōu)勢(shì)。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(jì)、制造、使用和檢測(cè)的水平，帶動(dòng)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(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)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(shì)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(cè)量、檢測(cè)、測(cè)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(jì)和產(chǎn)品測(cè)試的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)，并能方便地實(shí)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(jiǎn)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(cè)量系統(tǒng)所需時(shí)間和資金，同時(shí)這些軟件架構(gòu)針對(duì)大型系統(tǒng)的管理任務(wù)，提供了滿足測(cè)試和控制要求的完全客戶化的測(cè)試管理軟件及從大型測(cè)量系統(tǒng)的服務(wù)器上收集與分析測(cè)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(jì)、研究、生產(chǎn)控制、檢測(cè)維修等，而且大都處于理論試驗(yàn)階段，大范圍的應(yīng)用尚需時(shí)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(cè)中的應(yīng)用。在汽車儀表大批量生產(chǎn)的同時(shí)帶來另一個(gè)問題，那就是生產(chǎn)成品的檢驗(yàn)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(jì)出一種能針對(duì)各種不同型號(hào)儀表的檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用在汽車儀表檢測(cè)中己經(jīng)成為一項(xiàng)重要而且極富現(xiàn)實(shí)意義的課題。

通過NI公司的軟硬件產(chǎn)品對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)儀表測(cè)試所需的各種模擬、數(shù)字、開關(guān)、K-Line、CAN等各種信號(hào)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(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終目標(biāo)是研制一個(gè)小巧、靈活、可靠性高的便攜式檢測(cè)系統(tǒng)，在汽車儀表檢測(cè)中它能夠針對(duì)大部分的車型，模擬產(chǎn)生儀表所需的各種采集信號(hào)信息，并且通過CAN接口與被測(cè)儀表進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)汽車狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)反饋。

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

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

3、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。

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。

4、車輛檢測(cè)與維修。在車輛安全與維修檢測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)和車輛尾氣系統(tǒng)相結(jié)合，更新檢測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車及汽車相關(guān)部件的自動(dòng)檢測(cè)，并提高準(zhǔn)確度，如用虛擬儀器研制的車燈配光檢測(cè)系統(tǒng)和車輛尾氣成分含量檢測(cè)系統(tǒng)等。另一方面，虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用對(duì)汽車的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試方面也有重要的促進(jìn)作用。在汽車實(shí)驗(yàn)和測(cè)試中，需要對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行測(cè)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(shí)間長(zhǎng)。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(cè)試與實(shí)驗(yàn)提供了更多的選擇，為汽車測(cè)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(cè)試儀器的發(fā)展，有良好的應(yīng)用前景。