虚拟仪器技术在汽车性能测试中的应用

孙建

摘 要：随着现代科技的不断发展，对于汽车性能的测试提出了虚拟仪器的测试方法，构建了虚拟仪器的汽车性能测试系统，在系统当中，主要是利用PC-DAQ 方案来利用多传感器进行数据的采集和融合，在PC 机平台和虚拟仪器软件的配合下，实现了汽车各种性能的数据采集控制，将多种数字化的汽车转化成为PC 机为核心和硬件支持的数字化、柔性化、智能化的汽车性能虚拟集成测试系统。可以实现对汽车的排放性能、噪声、前大灯、制动性能以及悬架特性等多种性能进行测试。在本文当中，首先对虚拟仪器进行了概述;其次对汽车性能测试系统设计系统的总体设计做出了研究;最后在应用实例的基础上进行了详细的分析。

关键词：汽车性能测试 虚拟测试 虚拟仪器

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

近些年来，随着计算机技术、通信技术以及仪器仪表技术的飞速发展，在新的测量理论方法以及测量仪器得到了广泛的应用，其中包含虚拟仪器，即为（virtualinstrument， VI，虚拟仪器技术可以实现计算机和现代仪器系统的有效紧密的联系，打破了人们对传统仪器的概念，成為了一种全新的理念，对于测试和测量领域带来了相当大的影响。在虚拟仪器当中被广泛的应用于电子、机械、通信教育以及汽车制造等领域当中，在汽车电子领域当中，需要经常进行测量和测试，因此利用虚拟仪器技术来对其进行测量，可以最大限度的提升其测量效率，实现节约成本的现象。

1 虚拟仪器

虚拟仪器，主要指的是利用计算机为核心，集成的硬件平台，其中可以实现用户自定义设计、虚拟的操作面板，其中的测试功能主要由测试软件来实现，属于一种计算机的仪器系统，和传统的仪器一样，具有基本的功能，包含了数据采集、数据处理和分析、结果表达。在虚拟仪器的特点方面，具有相当丰富和强大的功能，虚拟仪器技术充分利用了计算机强大的数据处理、数据传输和数据发布的功能，传统仪器当中的数据信号存储显示打印都在计算机当中进行了处理，使其建立了一个测量系统。并且还具备开发速度较快且重复利用率高的特点，虚拟仪器主要是利用软件来作为主题完成工具，使得一部分在硬件当中完成的工作可以利用计算机进行软件实现，在开发周期方面缩短，最大限度的满足了其技术和市场的需求。在设计和修改方面也相对方便，在传统的仪器设备修改过程当中需要专业的人员进行完成，但是对虚拟仪器来说，用户可以自行的参与设计，很快的在虚拟仪器的功能面板当中进行修改。最后在开发和维护费用相对较低，对虚拟仪器的开发加工方面，都实现了软件化的操作，在制造工艺以及制造成本以及传统仪器方面都缩短了经济成本，节省了人力、物力，降低了维护的成本。在测试系统的构成方面，虚拟仪器可以当成测试仪器来进行单独使用，利用高速计算机网络来实现分布式测试系统的远程系统、监控和故障的有效诊断。

虚拟仪器的硬件结构当中，主要包含了计算机和 I/O接口设备，其结构如图1所示，接口总线的不同，可以分为不同的方案来进行测试。在对数据采集卡的虚拟仪器当中，可以对数据采集卡和专业的软件相结合，来实现测试任务的完成，在计算机的软、硬件资源的基础上使得仪器成本的资源大幅度的降低，在开发周期以及更新改进方案方面相对简便。在GPIB总线方式的虚拟仪器当中，主要是利用传统的测试仪器在数字接口方面的延伸和扩展，利用GPIB技术可以实现计算机对仪器的操作和控制，提升了测试的效率。在VXI（VMEbuseXtensionforInstrumentation）总线方式当中，具备标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多厂家支持等优点，因此可以实现度组件较大或者中规模的自动测试仪系统进行应用。在PXI（PCIeXtension forInstrumentation）方面主要是对系统体积较小的场合进行实验。

2 汽车性能测试系统设计

在系统的总体设计方面，一般利用PC-DAQ 方案进行测试，在多传感器的采集和数据融合方面，进行平台和虚拟仪器软件的实现，最终构成了汽车性能的各种数据采集控制仪器和系统。

在系统的软件设计当中，对于汽车的性能系统检测硬件需要对其基础硬件和外围硬件做出检测，系统硬件的平台在奔IV工业的基础上进行计算机的智能控制，属于硬件系统的核心部位，对于汽车当中内部的总成各部分进行实现，比如信号采集、分析计算、数据存储、打印和报警输出等。在外围硬件的检测当中，需要对信号进行采集和处理，其中需要实现对汽车的传感器、信号调理电路、多功能数据采集卡和各种计算机内置卡槽等部分进行检测。信号采集和处理系统可以对虚拟仪器当中的信号和性能进行采集，实现速度的测试和精度的测试，主要包含了信号调整电路、阻抗变换电路、电压控制放大电路和触发电路等。在信号放大电路当中，属于信号调理电路的核心部分，可以将信号放大成为0～+10V的信号，实现对整体电路的通屏宽带和幅值进行调控。在多功能数据采集卡当中，属于本测试系统的外置硬件核心部分，包含了16路模拟输入通道，2路模拟输出通道，8个数字I/O和2个计数（ 定时器）。主要是在PCI总线控制下，其中的采样频率为200kHz，可以最大限度的满足汽车性能测试系统的需求。

对于汽车系统的软件设计，主要是在虚拟仪器的基础上进行汽车性能的检测，系统软件和应用软件构成了其软件系统，提供出检测系统的工作环境，系统主要是基于Windows 操作系统来实现开发设计，其中的主要功能囊括了检测程序、检测数据库以及文件文本等多个功能。对于监测系统的基本硬件来说，需要在计算机的基础上实现用户的测量和控制，最终获得测量结果和数据采集，在计算机智能化的方式下进行处理，对于测试的结果可以在窗口部分进行输出，并且将其参数曲线进行输出显示。对于软件平台的开发，主要是基于美国NI公司研制的产品 LabView来实现，其产品可以将传统的编程语言利用图标的方式来实现，将程序的执行利用数据流量变成的方式进行代替，至于文本形式的编程方式则可以在图形语言和图标以及连线的方式当中进行实现，其开发系统当中具备了扩展的数据库，对于用户的需求要求可以最大限度的满足。

在对软件的设计过程当中，需要在模块化的方式下进行编写，从而实现功能模块化的实现，其中包含了排放性能测试模块、噪声测试模块、前大灯测试模块、制动性能测试模块、悬架特性测试模块、底盘测功模块、转向操纵性能测试模块以及侧滑性能测试模块等。在模块当中需要实现各自子模块的调用开发，对于子模块来说，需要对一系列的操作进行实现，比如数据采集处理、数据记录、数据查看、数据打印、控制信号输出及错误事件处理等，实现数据的相关处理。对于软件整体的设计流程，在外部仪器的启动下，可以在虚拟仪器的基础上实现测试连接，进行仪器设备的初始化操作，对于其测试过程需要进行参数的设置。將其数据进行采集并且记录保存在系统内部。与此同时，在经过实验之后得出的测试数据进行分析运算之后，进行结果的显示，以此来完成汽车性能的有效测试。

3 应用实例

在测试系统的实际应用当中，对汽车悬架性能测试方面，利用虚拟测试仪器的软面板进行测试，包含了输入、输出信号的采集与显示、测试项目的选择以及对采集的波形，对于车轮状态的接地力和悬架的吸收率大小可以进行实时的显示，对于被测试车辆的悬架系统来做出等级评定。在此种方式下，具备简单、直观和综合信息丰富的特点，对虚拟仪器测试系统进行对比结果可以发现，较低的称质量误差才能保证测量的准确性误差在2.0%的范围内，但是总体上进行测量误差要小于本来的检测台。

4 结束语

综上所述，虚拟仪器可以利用相同的硬件来进行系统的采集，利用不同的传感器和测试软件来实现不同的测试功能，虚拟仪器的技术在汽车性能测试领域当中得到了广泛的应用，其汽车检测的设备投资相对较少，开发周期相对较短，具有通用性和维护性相对较强的特点，不断的提升了性能测试的智能化程度，实现了测试的精确程度。在系统当中人机界面交互相对较好，操作方便，从而提升工作效率。

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