虚拟仪器技术在汽车测试中的应用现状与前景

虚拟仪器技术在汽车测试中的应用现状与前景

班级：车辆101班

姓名：张晓远

指导老师：王立新

完成时间：2012-11-9

摘要：在阐述虚拟仪器的组成及其优势等基础之上，结合实例，介绍虚拟仪器技术在汽车测试领域的应用，指出虚拟仪器与传统仪器相比具有很多优势，可为汽车测试提供许多便利，在该领域有广阔的应用前景。

关键词：虚拟仪器技术；车辆工程；汽车测试；应用；发展趋势

引言

近几十年来，随着计算机技术、通信技术、仪器仪表技术的飞速发展，一些新的测量理论方法及测量仪器随之出现，其中包括虚拟仪器技术。虚拟仪器技术是计算机与现代仪器系统紧密结合的产物，它的出现打破了人们对传统仪器概念的理解，带来了一种全新的理念，对测试、测量领域必然产生重大影响。近20多年来，虚拟仪器以其绝对的优势被广泛应用于电子、机械、通信、教育、汽车制造等各个领域。在汽车电子领域，经常需要进行各种测试、测量实验。采用传统仪器进行台架实验，不仅需要投入大量的人力、物力和时间，而且效率低，还有可能造成与实际汽车工况不符合的情况。虚拟仪器技术的产生，为这种情况带来了新的转机．研究和应用虚拟仪器技术，对我国仪器仪表领域的技术发展，对汽车设计、制造、使用和测试都具有非常重要的意义。

1 虚拟仪器

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。

1.1 虚拟仪器技术的组成

1）高效的软件。

软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。提供的行业标准图形化编程软件——LabVIEW，不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。此外，还提供了更多交互式的测量工具和更高层的系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、用于传统C语言的LabWindows/CVI、针对微软Visual Studio的Measurement Studio等等，均可满足客户对高性能应用的需求。有了功能强大的软件，您就可以在仪器中创建智能性和决策功能，从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。

2）模块化的I/O硬件。

面对如今日益复杂的测试测量应用，已经提供了全方位的软硬件的解决方案。无论您是使用PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是1394总线，都能提供相应的模块化的硬件产品，产品种类从数据采集、信号条理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统，满足各种独特的应用要求。

3）用于集成的软硬件平台。

专为测试任务设计的PXI硬件平台，已经成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台，它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。PXI作为一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，内建有高端的定时和触发总线，再配以各类模块化的I/O硬件和相应的测试测量开发软件 ，您就可以建立完全自定义的测试测量解决方案。无论是面对简单的数据采集应用，还是高端的混合信号同步采集，借助PXI高性能的硬件平台，您都能应付自如。这就是虚拟仪器技术带给您的无可比拟的优势。

1.2 虚拟仪器技术的优势

1）性能高。

虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。

2）扩展性强。

这些软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于当前的技术中。得益于软件的灵活性，只需更新您的计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个系统。在利用最新科技的时候，您可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。

3）开发时间少。

在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

4）无缝集成。

虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。

2 虚拟仪器技术在汽车测试领域的应用

在汽车实验和测试中，需要进行各种信号的测量和分析操作，而由人工或是机械方式完成这些任务难度大、时间长。与此同时，在现代汽车的舒适性、稳定性乃至安全性的实现中，汽车电子产品都担任着至关重要的角色，对汽车电子产品的测试设备的要求也在El益增高，汽车电子产品生产厂商面临着巨大的市场挑战——提高产品质量、加快生产周期、降低生产成本等等。在这样的条件下，虚拟仪器技术的出现和迅速发展，为汽车测试实验提供了更多选择，也为汽车测试工程师提供了更灵活有效的解决方案。利用虚拟仪器系统替代传统汽车测试仪器完成各种汽车测试实验。目前，基于LabVIEW的汽车发动机ECU测试平台、汽车道路实验虚拟测试系统以及基于虚拟仪表的ABS性能测试系统等都得到了成功应用。

2.1 汽车ECU仿真测试平台

随着人们对汽车需求的提高，汽车的设计和测试技术日趋复杂，以前一个汽车只需要四五个ECU，而现在一辆汽车需要安装十几个甚至几十个ECU，技术人员为这样的系统进行测试时难度大大增加。在这样的条件下，虚拟仪器技术便凭借其绝对的优势被引入汽车发动机ECU测试领域。虚拟仪器技术的核心是“软件即仪器”，它可以利用LabVIEW等可视化图形编程环境，针对专门的测试对象，编写相对应测试虚拟面板。一个典型的基于虚拟仪器的ECU仿真测试系统由发动机ECU、PC机、数据采集卡、辅助测试电路、模拟执行器等部分组成，其结构如图所示。

与传统仪器相比，采用虚拟仪器技术进行发动机ECU测试具有很多优点：

①用户可以同时连接多种软硬件，功能扩展方便，无论是通过CAN总线的数据传输或是要增加对测试数据的分析统计，都可以轻松实现；

②可以通过软件编写的虚拟仪器面板任意调节各种参数信号，便于模拟各种仿真环境，得到各种参数的变化特性；

③可以实现动态仿真测试效果，获得各种特性曲线，形象直观，并能够通过图表、文本等多种形式保存数据，便于以后进行统计分析。

2.2 汽车道路实验虚拟测试系统

汽车道路综合实验测试的数据较多，包括汽车速度、方向盘转角、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、横向加速度、纵向加速度等，对测试系统的要求也比较高。传统的汽车道路实验所采用的仪器设备复杂、成本较高，有些参数的测量误差较大，对测试结果的准确性会产生一定影响。测试所得数据保存不便，且必须带回实验室才能进行后续处理，十分不方便。

随着虚拟仪器技术的引入，主要由多种传感器、数据采集卡、PC机软件等部分组成的汽车道路综合实验虚拟测试系统克服了这些缺点，可以在实验过程中实时保存数据，进行在线动态监测，并以更加直观形象的方式进行显示，如曲线、虚拟仪表面板等，实现了数字化处理。测试工程人员也可以在PC机上对测试数据进行统计和分析，随时掌握实验过程状况，对实验测试项目进行改进和完善，达到更好的效果。在试验过程中需要对这些数据进行实时动态的监测，给出直观的测试曲线，以便实验人员了解实验的过程和趋势，对所进行的实验进行干预、调整和修改。

2.3 汽车ABS性能测试系统

汽车防抱死制动系统(ABS)是保障汽车安全性能的一个重要部分。现在的ABS性能测试大多采用路试的方法。通过路试可以获得比较接近实际情况的准确数据，但是需要投入的人力、物力较多，所需花费较高，消耗周期长。利用计算机仿真汽车动力学模型，并采用Visual C 4-+、Visual Basic等通用开发软件或者LabVIEW等可视化图形编程软件编写虚拟测试平台界面，模拟各种天气状况、路面环境，进行多种制动算法的反复验证，也可以得到与路试结果非常接近的数据。采用虚拟仪器技术测试ABS的制动性能，可以通过改变附着系数等参数来模拟不同的测试环境，还可以减少时间滞后等问题带来的影响。如果先采用虚拟测试系统进行实验，在ABS性能比较满意时再进行路试，然后再投入生产，这样避免了反复路试带来的各种开销，大大降低了成本，并且安全性方面更有保障。

3 虚拟仪器的发展趋势

3.1 外挂式虚拟仪器

PC-DAQ 式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于PCI 总线的虚拟仪器在插入DAQ 时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的PCI 插槽有限， 再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，故以USB 接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。

3.2 PXI 型高精度集成虚拟仪器测试系统

PXI 系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比VXI 系统更高的性价比，将使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。

3.3 网络化虚拟仪器

尽管Internet 技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起， 不过NI 等公司已开发了通过Web 浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Internet 操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性，我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享， 减少了设备重复投资。现在， 有关MCN方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。

4 结束语

虚拟仪器技术与汽车测试技术的结合，具有极大的发展空间。汽车测试不断向多量化、高精度、高效率、自动化方向发展，而基于虚拟仪器的各种测试系统也正在不断提出并在积极应用和完善当中。技术分析和实际应用的结果表明，相对传统仪器而言，虚拟仪器更能迅速适应不断提高的汽车测试需求，必将促进汽车测试技术的发展，虚拟仪器在汽车测试领域的应用前景也会更加广阔和深入，它将为汽车测试工程师们提供更加优良的环境。

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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/37a0fdde195f312b3169a5c1.html