摘要：虛擬儀器技術是計算機技術和測量技術在儀器儀表領域相結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為基礎，介紹虛擬儀器技術在汽車儀表領域的應用。
關鍵詞：LabVIEW；汽車；檢測

O 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，特別是LabVIEW和科研試驗結合起來，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。虛擬化后的測試儀器，只需要傳感器、信號調理電路、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。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(National 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 Engineering 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)虛擬儀器強調”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構，各個功能模塊結合在一起構成了虛擬儀器系統(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置選項和結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。

2 汽車檢測技術
    汽車經(jīng)過一百多年的發(fā)展，已以其卓越的性能和廣泛的用途滲透到人類活動的各個領域，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)代電子技術和計算機技術的進步，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。汽車檢測技術是綜合利用各種現(xiàn)代化的檢測技術和先進的檢測設備，在汽車不解體或不完全解體的前提下，判斷出車輛技術狀況、查明故障部位和原因的一種技術手段，主要對汽車的動力性、經(jīng)濟性、操作穩(wěn)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狀況，查明故障或隱患部位及原因，對維修車輛實行質量監(jiān)督，建立質量監(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，也就是先將各種非電量轉變?yōu)殡娏浚缓蠼?jīng)過信號調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。

    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。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果進行分析、運作、處理。執(zhí)行機構是指各種伺服電機、電磁鐵、繼電器等在電路中起控制、通斷、調節(jié)、保護等作用的電氣設備。

3 虛擬儀器在汽車中的應用
3．1 虛擬儀器在汽車儀表檢測中的應用
    在汽車儀表大批量生產的同時帶來另一個問題，那就是生產成品的檢驗問題。儀表總成是現(xiàn)代汽車的信息中心，它的生產質量，關系到汽車行駛的安全性和整車的質量。由于汽車儀表的更新?lián)Q代，新的產品不斷出現(xiàn)而舊的儀表又沒有退出使用，如何設計出一種能針對各種不同型號儀表的檢測設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公司的軟硬件產品對整個檢測系統(tǒng)進行設計，根據(jù)儀表測試所需的各種模擬、數(shù)字、開關、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)通訊轉換卡組成系統(tǒng)的硬件電路部分。以此為基礎，再利用NI的LabVIEW軟件對整個測試系統(tǒng)進行設計，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，其組織結構圖如圖3所示。

    (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：另一部分是模擬汽車儀表板的顯示界面，如車速表、轉速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報警和開關信號等信息顯示。儀表檢測系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW平臺進行設計，本系統(tǒng)采用LabVI-EW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，其組織結構圖如圖4所示。

    通過NI公司的LabVIEW軟件平臺對整個測試系統(tǒng)進行設計，經(jīng)過實踐證明它不僅降低了生產成本，提高了檢測效率，確保了產品的質量，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測試系統(tǒng)(IVDAS)中的應用
    汽車車內測試系統(tǒng)(IVDAS)作為最常見的汽車電子測試應用之一，優(yōu)于傳統(tǒng)的車內測試系統(tǒng)，傳統(tǒng)的車內測試系統(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基礎上開發(fā)出了IVDAS，系統(tǒng)顯示了虛擬儀器在測試領域應用的靈活性。SCXI機箱內嵌入了各種信號調理模塊，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接受和中控單元。
    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
    隨著檢測技術和計算機技術的進一步發(fā)展，虛擬儀器技術將會更多地在檢測專業(yè)領域得到應用。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，在較短的時間內構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。