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經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放三十多年的發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)在我國(guó)已有了很大的發(fā)展，并有了自己的品牌。然而自新中國(guó)成立以來(lái)，汽車(chē)行業(yè)安全檢測(cè)線(xiàn)靠國(guó)家強(qiáng)制性檢定項(xiàng)目計(jì)量檢定，以工程車(chē)為運(yùn)輸工具，攜帶大量各種汽車(chē)專(zhuān)用鑒定儀器，進(jìn)行對(duì)汽車(chē)制造業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)儀器不同參數(shù)的計(jì)量檢定并對(duì)其檢測(cè)。 上世紀(jì)八十年代美國(guó)成功研制了虛擬儀器(Visual Instruments，簡(jiǎn)稱(chēng)VI)。在中國(guó)虛擬儀器技術(shù)還沒(méi)有得到大面積的普及，但有相當(dāng)一部分高校已經(jīng)把虛擬儀器技術(shù)，特別是LabVIEW和科研試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)監(jiān)控、振動(dòng)的分析等綜合測(cè)試方面取得了可觀(guān)的成績(jī)。虛擬化后的測(cè)試儀器，只需要傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DAQ和PC機(jī)，所有的功能鍵、顯示器、曲線(xiàn)都可以在顯示器上重構(gòu)。其操作簡(jiǎn)單，用戶(hù)可以方便地增、減模塊，進(jìn)行重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿(mǎn)足新的測(cè)試要求，既不丟失已有的硬件和軟件資源，又能滿(mǎn)足測(cè)試要求。 1 LabVIEW簡(jiǎn)介 虛擬儀器是由美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instrument，簡(jiǎn)稱(chēng)NI)于1986年首先成功研制出的。它是以計(jì)算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用功能。虛擬儀器最有代表性的圖形化編程軟件是美國(guó)NI公司推出的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)，是一種圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。 傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。LabVIEW程序被稱(chēng)為VI(Virtual Instrument)即虛擬儀器，這是因?yàn)樗暮芏嘟缑婵丶c操作都模擬了現(xiàn)實(shí)世界中的儀器。LabVIEW提供了大量的工具箱和函數(shù)庫(kù)，并集成了很多儀器硬件庫(kù)。LabVIEW支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的LabVIEW應(yīng)用程序可直接移植到其它平臺(tái)上。 1．1 虛擬儀器的特點(diǎn) (1)用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 (2)虛擬儀器強(qiáng)調(diào)”軟件就是儀器”的新概念，軟件是虛擬儀器的核心。 (3)虛擬儀器采用模塊化的結(jié)構(gòu)，各個(gè)功能模塊結(jié)合在一起構(gòu)成了虛擬儀器系統(tǒng)。 (4)可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。 (5)虛擬儀器具有圖形用戶(hù)界面，體現(xiàn)”所見(jiàn)即所得”的思想。傳統(tǒng)儀器的控制面板在虛擬儀器中被相應(yīng)設(shè)置選項(xiàng)和結(jié)果輸出控制的軟面板所代替。 1．2 虛擬儀器應(yīng)用在工控業(yè)測(cè)量 LabVIEW為高標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)測(cè)量、自動(dòng)化和控制應(yīng)用提供了無(wú)與倫比的靈活性及易用性。其在工業(yè)測(cè)量和控制中的平臺(tái)如圖1所示。 2 汽車(chē)檢測(cè)技術(shù) 汽車(chē)經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，已以其卓越的性能和廣泛的用途滲透到人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，成為人們生活中不可缺少的一種交通工具。 伴隨著汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，特別是現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)檢測(cè)發(fā)展成為一門(mén)重要的學(xué)科，并在汽車(chē)制造、汽車(chē)使用、汽車(chē)維修等部門(mén)獲得廣泛的應(yīng)用。汽車(chē)檢測(cè)技術(shù)是綜合利用各種現(xiàn)代化的檢測(cè)技術(shù)和先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備，在汽車(chē)不解體或不完全解體的前提下，判斷出車(chē)輛技術(shù)狀況、查明故障部位和原因的一種技術(shù)手段，主要對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操作穩(wěn)定性、安全性、可靠性等進(jìn)行檢測(cè)分析，并提供公正的、科學(xué)的數(shù)據(jù)。 2．1 汽車(chē)檢測(cè)的目的 (1)安全環(huán)保檢測(cè)。安全環(huán)保檢測(cè)是指對(duì)汽車(chē)實(shí)行定期和不定期的，在安全運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)方面所進(jìn)行的檢測(cè)。目的是在汽車(chē)不解體情況下建立安全和公害監(jiān)控體系，確保車(chē)輛具有符合要求的外觀(guān)和良好的安全性能，限制汽車(chē)的環(huán)境污染程度，使其在安全、高效和低污染工況下運(yùn)行。 (2)綜合性能檢測(cè)。綜合性能檢測(cè)是指對(duì)汽車(chē)實(shí)行定期和不定期綜合性能方面的檢測(cè)。目的是在汽車(chē)不解體情況下，對(duì)運(yùn)行車(chē)輛確定其工作能力和技術(shù)狀況，查明故障或隱患部位及原因，對(duì)維修車(chē)輛實(shí)行質(zhì)量監(jiān)督，建立質(zhì)量監(jiān)控體系，確保車(chē)輛具有良好的安全性、可靠性、操作穩(wěn)定性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排氣凈化性和低噪聲污染性，以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 2．2 汽車(chē)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成 汽車(chē)的許多參數(shù)大多數(shù)都是非電量。非電量的檢測(cè)多采用電測(cè)量法進(jìn)行，也就是先將各種非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚缓蠼?jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路等一系列的處理，將非電量的參數(shù)顯示出來(lái)，其測(cè)量原理如圖2所示。 傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)的輸入端，它能把被測(cè)量的非電量變換成電量。信號(hào)調(diào)理電路的作用是把傳感器從現(xiàn)場(chǎng)采集過(guò)來(lái)的非電量經(jīng)過(guò)一定的處理，使其變換成具有一定功率的電壓、電流或頻率信號(hào)等，以此來(lái)推動(dòng)后級(jí)的顯示電路、數(shù)據(jù)處理電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。數(shù)據(jù)處理或信號(hào)處理裝置送來(lái)的電壓和電流信號(hào)經(jīng)過(guò)顯示器顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)處理裝置用來(lái)對(duì)測(cè)試所得的結(jié)果進(jìn)行分析、運(yùn)作、處理。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指各種伺服電機(jī)、電磁鐵、繼電器等在電路中起控制、通斷、調(diào)節(jié)、保護(hù)等作用的電氣設(shè)備。 3 虛擬儀器在汽車(chē)中的應(yīng)用 3．1 虛擬儀器在汽車(chē)儀表檢測(cè)中的應(yīng)用 在汽車(chē)儀表大批量生產(chǎn)的同時(shí)帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題，那就是生產(chǎn)成品的檢驗(yàn)問(wèn)題。儀表總成是現(xiàn)代汽車(chē)的信息中心，它的生產(chǎn)質(zhì)量，關(guān)系到汽車(chē)行駛的安全性和整車(chē)的質(zhì)量。由于汽車(chē)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(méi)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(chē)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(guò)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(kāi)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(chē)儀表檢測(cè)中它能夠針對(duì)大部分的車(chē)型，模擬產(chǎn)生儀表所需的各種采集信號(hào)信息，并且通過(guò)CAN接口與被測(cè)儀表進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)反饋。 (1)汽車(chē)儀表測(cè)試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括工控機(jī)、數(shù)字I／O通道PXI-6528、信號(hào)接線(xiàn)盒、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換板卡(這里我們采用型號(hào)為PCL-841CAN通信板卡)、自制的可編程網(wǎng)絡(luò)電阻、供電電源以及被檢測(cè)的汽車(chē)各種儀表等主要部分，其組織結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 (2)測(cè)試平臺(tái)分為兩個(gè)部分：其中一部分是各種模塊功能測(cè)試的切換按鍵：另一部分是模擬汽車(chē)儀表板的顯示界面，如車(chē)速表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報(bào)警和開(kāi)關(guān)信號(hào)等信息顯示。儀表檢測(cè)系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)采用LabVI-EW的圖形化程序語(yǔ)言，以一種很直觀(guān)的方法建立前面板人機(jī)界面和程序框圖，其組織結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。 通過(guò)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(guò)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(chē)智能數(shù)字儀表的檢測(cè)系統(tǒng)，也適用于通用的汽車(chē)儀表檢測(cè)系統(tǒng)。 3．2 虛擬儀器在汽車(chē)車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)(IVDAS)中的應(yīng)用 汽車(chē)車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)(IVDAS)作為最常見(jiàn)的汽車(chē)電子測(cè)試應(yīng)用之一，優(yōu)于傳統(tǒng)的車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)，傳統(tǒng)的車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)記錄儀僅記錄一般的數(shù)據(jù)和報(bào)警，而IVDAS在進(jìn)行記錄和分析汽車(chē)內(nèi)的各種傳感器信號(hào)的同時(shí)，還對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的可靠性、便攜性和開(kāi)發(fā)性等有較高的要求。 美國(guó)B&B公司在NI公司的LabVIEW和PXI／SCXI基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了IVDAS，系統(tǒng)顯示了虛擬儀器在測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用的靈活性。SCXI機(jī)箱內(nèi)嵌入了各種信號(hào)調(diào)理模塊，模塊的模式由信號(hào)的種類(lèi)決定，各種信號(hào)采集和處理的整合由LabVIEW程序來(lái)完成。IVDAS的優(yōu)越性能源于使用PIX和SCXI所帶來(lái)的靈活性和可升級(jí)性。其可能的升級(jí)包括：增強(qiáng)觸摸屏功能、語(yǔ)音合成、語(yǔ)言辨識(shí)、運(yùn)動(dòng)控制、GPS接受和中控單元。 美國(guó)B&B公司的測(cè)試系統(tǒng)顯示了虛擬儀器在汽車(chē)測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用的靈活性，基于上述靈活性，使得IVDAS可以完全替代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄儀。 4 小結(jié) 隨著檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)將會(huì)更多地在檢測(cè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文主要基于NI公司的LabVIEW和PXI系列板卡等軟硬件，由于LabVIEW圖形化的編程平臺(tái)，使用戶(hù)能夠根據(jù)自己的需求，在較短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建一套適合自己的汽車(chē)測(cè)試系統(tǒng)。它不僅減少了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)調(diào)試周期，以及可執(zhí)行程序的快速生成，還大大節(jié)約了檢測(cè)系統(tǒng)的成本。 |
