虛擬儀器技術(shù)在汽車上的應(yīng)用
測試儀器作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展中必不可少的組成部分,對科學(xué)水平的提高和發(fā)展起到了很大的推動作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是電子技術(shù)水平的不斷提高,極大地推動了測試技術(shù)的進步。在這種背景下,八十年代末美國研制成功虛擬儀器(VisualInstruments,簡稱VI)。在國外,虛擬儀器技術(shù)在汽車和發(fā)動機行業(yè)得到了蓬勃發(fā)展。國外的很多大學(xué)特別是一些企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了很多相關(guān)產(chǎn)品,如 SanDiego State UNIversity(美國圣地亞哥大學(xué))開發(fā)出了用于混合動力汽車燃油消耗和排放的模擬和優(yōu)化系統(tǒng)。在國內(nèi),虛擬儀器技術(shù)對很多人來說還比較陌生,還沒有得到大面積的普及,但現(xiàn)在逐漸有很多公司和高校開始把虛擬技術(shù)運用到生產(chǎn)和科研中。國內(nèi)有些大學(xué)已經(jīng)把虛擬儀器技術(shù),特別是LabVIEW和科研試驗接合起來,在發(fā)動機試驗監(jiān)控、發(fā)動機振動的分析、汽油發(fā)動機綜合測試等方面取得了一定的成果。
2虛擬儀器技術(shù)
所謂虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計算機,加上特殊設(shè)計的儀器硬件和專用軟件,形成既有普通儀器的基本功能,又有一般儀器所沒有的具有特殊功能的高檔低價的新型儀器。虛擬儀器代替了傳統(tǒng)儀器,改變了傳統(tǒng)儀器的使用方式,提高了儀器的功能和使用效率,大幅度地降低了儀器的價格。用戶可使用相同的硬件系統(tǒng),通過不同的軟件編程就可以充分發(fā)揮自己的才能、想象力,按自己的意愿隨心所欲地設(shè)計自己的儀器系統(tǒng),實現(xiàn)功能完全不同的各種測量??梢姡浖到y(tǒng)是虛擬儀器的核心,軟件可以定義各種儀器,因此可以說“軟件就是儀器”。在整個虛擬儀器中,計算機,也就是我們常說的PC機,是虛擬儀器的靈魂。
虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和測控功能平臺。按照測控功能硬件的不同,虛擬儀器可分為GPIB、VXI、PXI和DAQ四種標準體系結(jié)構(gòu),用來進行信號采集、傳輸、控制。虛擬儀器系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。
與傳統(tǒng)的測試儀器相比,虛擬儀器不僅具有面向?qū)ο髴?yīng)用程序的特點,而且具有真實儀器的外觀、實用性和可操作性,其主要優(yōu)點如下:(1)可以比較容易地實現(xiàn)檢測功能;(2)人機交互界面清晰美觀,而且容易構(gòu)造;(3)系統(tǒng)有很大的靈活性,可以根據(jù)需要修改和重新定義功能,(4)開發(fā)周期短,成本較低。
3虛擬儀器在汽車中的應(yīng)用
3.1虛擬儀器在液力變矩器中的應(yīng)用
液力變矩器的性能直接影響汽車的行駛安全性,可以利用虛擬儀器技術(shù),測量不同轉(zhuǎn)速和進口壓力下的液力變矩器的性能參數(shù)(如圖2)。通過人機接口完成試驗設(shè)計和系統(tǒng)資源的配置以及測試數(shù)據(jù)的回放和打印。主控臺負責(zé)系統(tǒng)間的通信和協(xié)調(diào)工作,根據(jù)初始信息調(diào)用儀器驅(qū)動程序,接收從I/0口回饋的試驗信號,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后,發(fā)出控制信號使液力變矩器到達預(yù)定狀態(tài),并保持穩(wěn)定,同時對該狀態(tài)進行性能測試。該系統(tǒng)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的測試儀,更加利于系統(tǒng)功能的擴充和智能測試與診斷的開發(fā)。
3.2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(如圖3)。
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,靠人工判別辨認的缺點,實現(xiàn)了全數(shù)字化處理。
3.3虛擬儀器在車輛防抱制動系統(tǒng)中的應(yīng)用
車輛防抱制動系統(tǒng)(ABS)是減少交通事故的有效部件。將虛擬儀器引人ABS中,不僅能將傳統(tǒng)儀器所包含的信號采集與控制、分析處理和結(jié)果顯示全部在個人計算機中實現(xiàn),而且用戶能根據(jù)其自身的需要,通過修改軟件方便地變更、增減儀器的功能和規(guī)模。該系統(tǒng)(如圖3)不僅能完成對輸人數(shù)據(jù)采集、處理、分析,也能夠完成輸出數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果顯示,更重要的是能方便地改變防抱死控制模式,郎使用不同控制模塊進行控制,以研究多種模式的效果,減少了試驗儀器的投人。
3.4虛擬儀器在車橋檢測中的應(yīng)用
汽車驅(qū)動橋整車道路試驗雖然能如實地反映行駛時的實際情況,但需要消耗大量的人力和物力,而且試驗周期很長,控制也很困難。采用室內(nèi)臺架試驗的方法對驅(qū)動橋總成進行性能試驗,能夠更早發(fā)現(xiàn)問題?;谔摂M儀器的HCQ-3.0試驗系統(tǒng)(如圖4)主要由道路模擬系統(tǒng)(主要包括滾筒和飛輪組)、液壓加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)測與分析系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)(主要包括發(fā)動機、離合器、變速器、傳動軸)、車橋的夾固系統(tǒng)以及安全防護裝置等組成。 HCQ-3.0檢測軟件對試驗系統(tǒng)進行控制,與試驗臺一起共同完成對汽車驅(qū)動橋性能的檢測及數(shù)據(jù)獲取、處理、分析、顯示、保存,并進行檢測檔案管理。
4 結(jié)束語
國外虛擬儀器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,在車輛檢測、生產(chǎn)中也已運用多年,而在我國該項技術(shù)的應(yīng)用相對較晚。由于虛擬儀器具有上述諸多特點,可大大節(jié)省項目的資金投人,提高效益、效率,所以值得在汽車領(lǐng)域大力推廣。目前,基于PC機的虛擬儀器技術(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)能促進車輛測試儀器的發(fā)展,有良好的應(yīng)用前景。