虛擬儀器技術(shù)在汽車性能測試中的應用

孫建

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，對于汽車性能的測試提出了虛擬儀器的測試方法，構(gòu)建了虛擬儀器的汽車性能測試系統(tǒng)，在系統(tǒng)當中，主要是利用PC-DAQ 方案來利用多傳感器進行數(shù)據(jù)的采集和融合，在PC 機平臺和虛擬儀器軟件的配合下，實現(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試系統(tǒng)?？梢詫崿F(xiàn)對汽車的排放性能、噪聲、前大燈、制動性能以及懸架特性等多種性能進行測試。在本文當中，首先對虛擬儀器進行了概述;其次對汽車性能測試系統(tǒng)設計系統(tǒng)的總體設計做出了研究;最后在應用實例的基礎(chǔ)上進行了詳細的分析。

關(guān)鍵詞：汽車性能測試 虛擬測試 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，隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及儀器儀表技術(shù)的飛速發(fā)展，在新的測量理論方法以及測量儀器得到了廣泛的應用，其中包含虛擬儀器，即為（virtualinstrument， VI，虛擬儀器技術(shù)可以實現(xiàn)計算機和現(xiàn)代儀器系統(tǒng)的有效緊密的聯(lián)系，打破了人們對傳統(tǒng)儀器的概念，成為了一種全新的理念，對于測試和測量領(lǐng)域帶來了相當大的影響。在虛擬儀器當中被廣泛的應用于電子、機械、通信教育以及汽車制造等領(lǐng)域當中，在汽車電子領(lǐng)域當中，需要經(jīng)常進行測量和測試，因此利用虛擬儀器技術(shù)來對其進行測量，可以最大限度的提升其測量效率，實現(xiàn)節(jié)約成本的現(xiàn)象。

1 虛擬儀器

虛擬儀器，主要指的是利用計算機為核心，集成的硬件平臺，其中可以實現(xiàn)用戶自定義設計、虛擬的操作面板，其中的測試功能主要由測試軟件來實現(xiàn)，屬于一種計算機的儀器系統(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。在虛擬儀器的特點方面，具有相當豐富和強大的功能，虛擬儀器技術(shù)充分利用了計算機強大的數(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)儀器當中的數(shù)據(jù)信號存儲顯示打印都在計算機當中進行了處理，使其建立了一個測量系統(tǒng)。并且還具備開發(fā)速度較快且重復利用率高的特點，虛擬儀器主要是利用軟件來作為主題完成工具，使得一部分在硬件當中完成的工作可以利用計算機進行軟件實現(xiàn)，在開發(fā)周期方面縮短，最大限度的滿足了其技術(shù)和市場的需求。在設計和修改方面也相對方便，在傳統(tǒng)的儀器設備修改過程當中需要專業(yè)的人員進行完成，但是對虛擬儀器來說，用戶可以自行的參與設計，很快的在虛擬儀器的功能面板當中進行修改。最后在開發(fā)和維護費用相對較低，對虛擬儀器的開發(fā)加工方面，都實現(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)濟成本，節(jié)省了人力、物力，降低了維護的成本。在測試系統(tǒng)的構(gòu)成方面，虛擬儀器可以當成測試儀器來進行單獨使用，利用高速計算機網(wǎng)絡來實現(xiàn)分布式測試系統(tǒng)的遠程系統(tǒng)、監(jiān)控和故障的有效診斷。

虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)當中，主要包含了計算機和 I/O接口設備，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進行測試。在對數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器當中，可以對數(shù)據(jù)采集卡和專業(yè)的軟件相結(jié)合，來實現(xiàn)測試任務的完成，在計算機的軟、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)周期以及更新改進方案方面相對簡便。在GPIB總線方式的虛擬儀器當中，主要是利用傳統(tǒng)的測試儀器在數(shù)字接口方面的延伸和擴展，利用GPIB技術(shù)可以實現(xiàn)計算機對儀器的操作和控制，提升了測試的效率。在VXI（VMEbuseXtensionforInstrumentation）總線方式當中，具備標準開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復利用、眾多廠家支持等優(yōu)點，因此可以實現(xiàn)度組件較大或者中規(guī)模的自動測試儀系統(tǒng)進行應用。在PXI（PCIeXtension forInstrumentation）方面主要是對系統(tǒng)體積較小的場合進行實驗。

2 汽車性能測試系統(tǒng)設計

在系統(tǒng)的總體設計方面，一般利用PC-DAQ 方案進行測試，在多傳感器的采集和數(shù)據(jù)融合方面，進行平臺和虛擬儀器軟件的實現(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)的軟件設計當中，對于汽車的性能系統(tǒng)檢測硬件需要對其基礎(chǔ)硬件和外圍硬件做出檢測，系統(tǒng)硬件的平臺在奔IV工業(yè)的基礎(chǔ)上進行計算機的智能控制，屬于硬件系統(tǒng)的核心部位，對于汽車當中內(nèi)部的總成各部分進行實現(xiàn)，比如信號采集、分析計算、數(shù)據(jù)存儲、打印和報警輸出等。在外圍硬件的檢測當中，需要對信號進行采集和處理，其中需要實現(xiàn)對汽車的傳感器、信號調(diào)理電路、多功能數(shù)據(jù)采集卡和各種計算機內(nèi)置卡槽等部分進行檢測。信號采集和處理系統(tǒng)可以對虛擬儀器當中的信號和性能進行采集，實現(xiàn)速度的測試和精度的測試，主要包含了信號調(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。在信號放大電路當中，屬于信號調(diào)理電路的核心部分，可以將信號放大成為0～+10V的信號，實現(xiàn)對整體電路的通屏寬帶和幅值進行調(diào)控。在多功能數(shù)據(jù)采集卡當中，屬于本測試系統(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個數(shù)字I/O和2個計數(shù)（ 定時器）。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試系統(tǒng)的需求。

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

在對軟件的設計過程當中，需要在模塊化的方式下進行編寫，從而實現(xiàn)功能模塊化的實現(xiàn)，其中包含了排放性能測試模塊、噪聲測試模塊、前大燈測試模塊、制動性能測試模塊、懸架特性測試模塊、底盤測功模塊、轉(zhuǎn)向操縱性能測試模塊以及側(cè)滑性能測試模塊等。在模塊當中需要實現(xiàn)各自子模塊的調(diào)用開發(fā)，對于子模塊來說，需要對一系列的操作進行實現(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、控制信號輸出及錯誤事件處理等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)處理。對于軟件整體的設計流程，在外部儀器的啟動下，可以在虛擬儀器的基礎(chǔ)上實現(xiàn)測試連接，進行儀器設備的初始化操作，對于其測試過程需要進行參數(shù)的設置。將其數(shù)據(jù)進行采集并且記錄保存在系統(tǒng)內(nèi)部。與此同時，在經(jīng)過實驗之后得出的測試數(shù)據(jù)進行分析運算之后，進行結(jié)果的顯示，以此來完成汽車性能的有效測試。

3 應用實例

在測試系統(tǒng)的實際應用當中，對汽車懸架性能測試方面，利用虛擬測試儀器的軟面板進行測試，包含了輸入、輸出信號的采集與顯示、測試項目的選擇以及對采集的波形，對于車輪狀態(tài)的接地力和懸架的吸收率大小可以進行實時的顯示，對于被測試車輛的懸架系統(tǒng)來做出等級評定。在此種方式下，具備簡單、直觀和綜合信息豐富的特點，對虛擬儀器測試系統(tǒng)進行對比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，較低的稱質(zhì)量誤差才能保證測量的準確性誤差在2.0%的范圍內(nèi)，但是總體上進行測量誤差要小于本來的檢測臺。

4 結(jié)束語

綜上所述，虛擬儀器可以利用相同的硬件來進行系統(tǒng)的采集，利用不同的傳感器和測試軟件來實現(xiàn)不同的測試功能，虛擬儀器的技術(shù)在汽車性能測試領(lǐng)域當中得到了廣泛的應用，其汽車檢測的設備投資相對較少，開發(fā)周期相對較短，具有通用性和維護性相對較強的特點，不斷的提升了性能測試的智能化程度，實現(xiàn)了測試的精確程度。在系統(tǒng)當中人機界面交互相對較好，操作方便，從而提升工作效率。

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