虛擬儀器技術(shù)在汽車檢測中的應用

1、汽車電子技術(shù) Automobile Electronics虛擬儀器技術(shù)在汽車檢測中的應用王亞芹1 陳云明1 王國義2 夏新運2(1.安徽機電職業(yè)技術(shù)學院 2.安徽工程科技學院摘 要:虛擬儀器技術(shù)是計算機技術(shù)和測量技術(shù)在儀器儀表領(lǐng)域相結(jié)合所形成的一種全新的儀器種類。它能夠完成傳統(tǒng)儀器不能完成的任務,本文以虛擬儀器的特點及核心技術(shù)為基礎(chǔ),介紹虛擬儀器技術(shù)在汽車儀表領(lǐng)域的應用。關(guān)鍵詞:LabVIEW;汽車;檢測Application of Virtual Instrument Technology in Automotive DetectionWang Yaqin1 Chen Yunming1 Wa

2、ng Guoyi2 Xia Xinyun2(1.Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering 2.Anhui University of Technology & ScienceAbstract:Virtual instrument technology is a novel type of instrumentation which combines computer technology with measuring technology in the instrumentation field.

3、It is able to complete the task which can not be completed by traditional instruments. Taking the characteristics and core technologies of virtual instruments as the foundation this paper introduces the application of virtual instrument technology in the automobile instrumentation fields.Key words:

4、LabVIEW;automobile;detection0 引言經(jīng)過改革開放三十多年的發(fā)展,汽車工業(yè)在我國已有了很大的發(fā)展,并有了自己的品牌。然而自新中國成立以來,汽車行業(yè)安全檢測線靠國家強制性檢定項目計量檢定,以工程車為運輸工具,攜帶大量各種汽車專用鑒定儀器,進行對汽車制造業(yè)生產(chǎn)線儀器不同參數(shù)的計量檢定并對其檢測。上世紀八十年代美國成功研制了虛擬儀器(Visual Instruments,簡稱VI。在中國虛擬儀器技術(shù)還沒有得到大面積的普及,但有相當一部分高校已經(jīng)把虛擬儀器技術(shù),特別是LabVIEW和科研試驗結(jié)合起來,在汽車發(fā)動機試驗監(jiān)控、振動的分析等綜合測試方面取得了可觀的成績。虛擬化后的測

5、試儀器,只需要傳感器、信號調(diào)理電路、DAQ和PC機,所有的功能鍵、顯示器、曲線都可以在顯示器上重構(gòu)。其操作簡單,用戶可以方便地增、減模塊,進行重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求,既不丟失已有的硬件和軟件資源,又能滿足測試要求。1 LabVIEW簡介虛擬儀器是由美國國家儀器公司(N a t i o n a l Instrument,簡稱NI于1986年首先成功研制出的。它是以計算機作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺,充分利用計算機的運算、存儲、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NI公司推出的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineerin

6、g Workbench,是一種圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語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程序被稱為VI(Virtual Instrument即虛擬儀器,這是因為它的很多界面控件與操作都模擬了現(xiàn)實世界中的儀器。LabVIEW提供了大量的工具箱和函數(shù)庫,并集成了很多儀器硬件庫。LabVIEW支持多種操作系統(tǒng)平臺,在任何一個平臺上開發(fā)的LabVIEW應用程序可直接移植到其它平臺上。1.1 虛擬儀器的特點(1用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。(2虛

7、擬儀器強調(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)揮計算機的能力,有強大的數(shù)據(jù)處理功能,可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。(5虛擬儀器具有圖形用戶界面,體現(xiàn)"所見即所得"的思想。傳統(tǒng)儀器的控制面板在虛擬儀器中被相應設(shè)置選項和結(jié)果輸出控制的軟面板所代替。1.2 虛擬儀器應用在工控業(yè)測量LabVIEW為高標準的工業(yè)測量、自動化和控制應用提供了無與倫比的靈活性及易用性。其在工業(yè)測量和控制中的平臺如圖1所示 。圖1 LabVIEW應用于工業(yè)測量和控制平臺2 汽車檢測技術(shù)汽車經(jīng)過一

8、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活動的各個領(lǐng)域,成為人們生活中不可缺少的一種交通工具。伴隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,特別是現(xiàn)代電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步,汽車檢測發(fā)展成為一門重要的學科,并在汽車制造、汽車使用、汽車維修等部門獲得廣泛的應用。汽車檢測技術(shù)是綜合利用各種現(xiàn)代化的檢測技術(shù)和先進的檢測設(shè)備,在汽車不解體或不完全解體的前提下,判斷出車輛技術(shù)狀況、查明故障部位和原因的 一種技術(shù)手段,主要對汽車的動力性、經(jīng)濟性、操作穩(wěn)76定性、安全性、可靠性等進行檢測分析,并提供公正的、科學的數(shù)據(jù)。2.1 汽車檢測的目的(1安全環(huán)保檢測。安全環(huán)保檢測是指對汽車實行定期和不定期的,在安全運行和

9、環(huán)境保護方面所進行的檢測。目的是在汽車不解體情況下建立安全和公害監(jiān)控體系,確保車輛具有符合要求的外觀和良好的安全性能,限制汽車的環(huán)境污染程度,使其在安全、高效和低污染工況下運行。(2綜合性能檢測。綜合性能檢測是指對汽車實行定期和不定期綜合性能方面的檢測。目的是在汽車不解體情況下,對運行車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,對維修車輛實行質(zhì)量監(jiān)督,建立質(zhì)量監(jiān)控體系,確保車輛具有良好的安全性、可靠性、操作穩(wěn)定性、動力性、經(jīng)濟性、排氣凈化性和低噪聲污染性,以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。2.2 汽車監(jiān)測系統(tǒng)的組成汽車的許多參數(shù)大多數(shù)都是非電量。非電量的檢測多采用電測量法進行,也就是

10、先將各種非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?然后經(jīng)過信號調(diào)理電路等一系列的處理,將非電量的參數(shù)顯示出來,其測量原理如圖2所示。圖2 檢測系統(tǒng)原理圖傳感器是檢測系統(tǒng)的輸入端,它能把被測量的非電量變換成電量。信號調(diào)理電路的作用是把傳感器從現(xiàn)場采集過來的非電量經(jīng)過一定的處理,使其變換成具有一定功率的電壓、電流或頻率信號等,以此來推動后級的顯示電路、數(shù)據(jù)處理電路和執(zhí)行機構(gòu)。數(shù)據(jù)處理或信號處理裝置送來的電壓和電流信號經(jīng)過顯示器顯示出來。數(shù)據(jù)處理裝置用來對測試所得的結(jié)果進行分析、運作、處理。執(zhí)行機構(gòu)是指各種伺服電機、電磁鐵、繼電器等在電路中起控制、通斷、調(diào)節(jié)、保護等作用的電氣設(shè)備。3 虛擬儀器在汽車中的應用3.1 虛擬儀器

11、在汽車儀表檢測中的應用在汽車儀表大批量生產(chǎn)的同時帶來另一個問題,那就是生產(chǎn)成品的檢驗問題。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)計出一種能針對各種不同型號儀表的檢測設(shè)備應用在汽車儀表檢測中己經(jīng)成為一項重要而且極富現(xiàn)實意義的課題。通過NI公司的軟硬件產(chǎn)品對整個檢測系統(tǒng)進行設(shè)計,根據(jù)儀表測試所需的各種模擬、數(shù)字、開關(guān)、K-Line、CAN等各種信號參數(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

12、LabVIEW軟件對整個測試系統(tǒng)進行設(shè)計,最終目標是研制一個小巧、靈活、可靠性高的便攜式檢測系統(tǒng),在汽車儀表檢測中它能夠針對大部分的車型,模擬產(chǎn)生儀表所需的各種采集信號信息,并且通過CAN接口與被測儀表進行通信,從而實現(xiàn)汽車狀態(tài)信息的實時反饋。 (1汽車儀表測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括工控機、 數(shù)字I/O通道PXI-6528、信號接線盒、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換板卡(這里我們采用型號為PCL-841CAN通信板卡、自制的可編程網(wǎng)絡電阻、供電電源以及被檢測的汽車各種儀表等主要部分,其組織結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。圖3 系統(tǒng)的硬件組織結(jié)構(gòu)圖(2測試平臺分為兩個部分:其中一部分是各種模塊功能測試的切換按鍵;另一部分是模擬

13、汽車儀表板的顯示界面,如車速表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報警和開關(guān)信號等信息顯示。儀表檢測系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW平臺進行設(shè)計,本系統(tǒng)采用LabVIEW的圖形化程序語言,以一種很直觀的方法建立前面板人機界面和程序框圖,其組織結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。圖4 系統(tǒng)軟件組織結(jié)構(gòu)圖通過NI公司的LabVIEW軟件平臺對整個測試系統(tǒng)進行設(shè)計,經(jīng)過實踐證明它不僅降低了生產(chǎn)成本,提高了檢測效率,確保了產(chǎn)品的質(zhì)量,而且一個完整的汽車智能數(shù)字儀表的檢測系統(tǒng),也適用于通用的汽車儀表檢測系統(tǒng)。3.2 虛擬儀器在汽車車內(nèi)測試系統(tǒng)(IVDAS中的應用汽車車內(nèi)測試系統(tǒng)(IVDAS作為最常見的汽車電子測

14、試應用之一,優(yōu)于傳統(tǒng)的車內(nèi)測試系統(tǒng),傳統(tǒng)的車內(nèi)測試系統(tǒng)使用獨立的數(shù)據(jù)記錄儀僅記錄一般的數(shù)據(jù)和報警,而IVDAS在進行記錄和分析汽車內(nèi)的各種傳感器信號的同時,還對測試系統(tǒng)的可靠性、便攜性和開發(fā)性等有較高的要求。美國B&B公司在NI公司的LabVIEW和PXI/SCXI基礎(chǔ)上開發(fā)出了IVDAS,系統(tǒng)顯示了虛擬儀器在測試領(lǐng)域應用的靈活性。SCXI機箱內(nèi)嵌入了各種信號調(diào)理模塊,模塊的模式由信號的種類決定,各種信號采集和處理的整合由LabVIEW程序來完成。IVDAS的優(yōu)越性能源于使用PIX和SCXI所帶來的靈活性和可升級性。其可能的升級包括:增強觸摸屏功能、語音合成、語言辨識、運動控制、GPS

15、 接受和中控單元。77美國B&B公司的測試系統(tǒng)顯示了虛擬儀器在汽車測試領(lǐng)域應用的靈活性,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)隨著檢測技術(shù)和計算機技術(shù)的進一步發(fā)展,虛擬儀器技術(shù)將會更多地在檢測專業(yè)領(lǐng)域得到應用。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,使用戶能夠根據(jù)自己的需求,在較短的時間內(nèi)構(gòu)建一套適合自己的汽車測試系統(tǒng)。它不僅減少了系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試周期,以及可執(zhí)行程序的快速生成,還大大節(jié)約了檢測系統(tǒng)的成本。參考文獻:1 高向東.虛擬儀器技術(shù)綜述J.中國計量,2004(4:15-16.2 戴錦琨.虛擬儀

16、器在通用儀表中的應用J.自動化與 儀表,2005(7:146-148.3 楊忠敏,陸剛.汽車檢測與維修一本通M.北京:科 學技術(shù)文獻出版社,2007:2-8.4 陳錫輝,張銀鴻.LabVIEW 8.2程序設(shè)計從入門到精 通M.北京:清華大學出版社,2007:2-4.5 祝青園,王書茂,康峰,等.虛擬儀器技術(shù)在農(nóng)業(yè)裝備測控 中的應用J.儀器儀表學報,2008,29(6:1333-1335.6 吳云軒,蔡超.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)J.福 州電腦,2006(8:131-132.7 National Instrument Co.LabVIEW Programmer Reference Man

17、ual DB.1998.8 National Instruments Co.LabWindows/ CVI StmdardLibraries Reference Manual DB.1997.基金項目:蕪湖市2008年度科技計劃項目(2008323(上接83頁關(guān)斷的短路保護功能進行了詳細的分析。該電路的主要特點如下:a.驅(qū)動能力強,能夠同時對四路大功率IGBT 模塊進行驅(qū)動;b.自帶開關(guān)電源,四路驅(qū)動可采用單電源供電,降低了驅(qū)動電路應用時的復雜性;c.采用了緩降柵壓和軟關(guān)斷相結(jié)合的短路保護措施,IGBT的短路保護動作閾值、保護盲區(qū)時間、軟關(guān)斷時間可調(diào),短路保護功能合理、完善,能適應不同飽和壓降IGBT短路保護的需要。可見,此驅(qū)動器是一種理想的大功率IGB