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(qiáng)制性檢定項(xiàng)目計(jì)量檢定，以工程車為運(yùn)輸工具，攜帶大量各種汽車專用鑒定儀器，進(jìn)行對汽車制造業(yè)生產(chǎn)線儀器不同參數(shù)的計(jì)量檢定并對其檢測。

　　上世紀(jì)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(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，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)監(jiān)控、振動(dòng)的分析等綜合測試方面取得了可觀的成績。其操作簡單，用戶可以方便地增、減模塊，進(jìn)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。

　　LabVIEW簡介

　　LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。虛擬儀器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(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)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(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，并集成了很多儀器硬件庫。LabVIEW支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開發(fā)的LabVIEW應(yīng)用程序可直接移植到其它平臺(tái)上。

　　虛擬儀器的特點(diǎn)及介紹

　　虛擬儀器（virtual instrument）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。

　　用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。

　　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。

　　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)。

　　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。

　　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(yīng)設(shè)置選項(xiàng)和結(jié)果輸出控制的軟面板所代替。

　　虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測控功能硬件。按照測控功能硬件的不同，VI可分為GPIB、VXI、PX工和DAQ四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)：

　　GPIB（General Purpose Interface Bus）通用接口總線，是計(jì)算機(jī)和儀器間的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議。GPIB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)棗工EEE 488.1和工EEE488.2。它是早的儀器總線。典型的GPIB測試系統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺(tái)GPIB儀器。

　　VXI（VMEbus extension for Instrumentation）即VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是1987年山主要儀器制造商共同制訂的開放性儀器總線標(biāo)準(zhǔn)。VXI體系結(jié)構(gòu)綜合了GPIB和VEM總線的優(yōu)點(diǎn)，它集成的系統(tǒng)硬件集成度高、數(shù)據(jù)傳輸率快、便攜性好，是當(dāng)今倍受業(yè)界關(guān)注的體系結(jié)構(gòu)。

　　PXI（PCI extension for Instrumentation）PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是NI公司于1997年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其是Compact PCI 結(jié)構(gòu)Microsoft Windows軟件。PXI 是在PCI內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。由于其總線吞吐率高、硬件的價(jià)格較低被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是符合國情的一種體系結(jié)構(gòu)。

　　DAQ（Dara AcQuisition）數(shù)據(jù)采集，指的是基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線（如ISA、PCI、PC/104等）的內(nèi)置功能插卡。它更加充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。利用DAQ可方便快速地組建基于計(jì)算機(jī)的儀器（Computer-BasedInstruments），實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多型”和“一機(jī)多用”。在PC計(jì)算機(jī)上掛接若干DAQ功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺(tái)具有若干功能的PC儀器。

　　虛擬儀器中各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計(jì)算機(jī)的連接目前多使用IEEE 488或GPIB協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。

　　虛擬儀器應(yīng)用在工控業(yè)測量

　　LabVIEW為高標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)測量、自動(dòng)化和控制應(yīng)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(tái)如圖1所示。

　　汽車檢測技術(shù)

　　汽車檢測是指為確定汽車技術(shù)狀況或工作能力所進(jìn)行的檢查和測量。

　　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(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，汽車檢測發(fā)展成為一門重要的學(xué)科，并在汽車制造、汽車使用、汽車維修等部門獲得廣泛的應(yīng)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(jìn)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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操作穩(wěn)定性、安全性、可靠性等進(jìn)行檢測分析，并提供公正的、科學(xué)的數(shù)據(jù)。

　　按汽車檢測的目的可分為安全環(huán)保檢測和綜合性能檢測兩大類

　?。?）安全環(huán)保檢測。安全環(huán)保檢測是指對汽車實(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。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(yùn)行。

　?。?）綜合性能檢測。綜合性能檢測是指對汽車實(shí)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，對維修車輛實(shí)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(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。

　　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(jìn)行，也就是先將各種非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，然后?jīng)過信號(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，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。數(shù)據(jù)處理或信號(hào)處理裝置送來的電壓和電流信號(hào)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(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。

　　虛擬儀器在汽車中的應(yīng)用

　　虛擬儀器在汽車儀表檢測中的應(yīng)用

　　在汽車儀表大批量生產(chǎn)的同時(shí)帶來另一個(gè)問題，那就是生產(chǎn)成品的檢驗(yàn)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(jì)出一種能針對各種不同型號(hào)儀表的檢測設(shè)備應(yīng)用在汽車儀表檢測中己經(jīng)成為一項(xiàng)重要而且極富現(xiàn)實(shí)意義的課題。

　　通過NI公司的軟硬件產(chǎn)品對整個(gè)檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(hào)參數(shù)，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(hào)信息，并且通過CAN接口與被測儀表進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)汽車狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)反饋。

　　汽車儀表測試系統(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。

　　測試平臺(tái)分為兩個(gè)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(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報(bào)警和開關(guān)信號(hào)等信息顯示。儀表檢測系統(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的圖形化程序語言，以一種很直觀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NI公司的LabVIEW軟件平臺(tái)對整個(gè)測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)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(gè)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)。

　　虛擬儀器在汽車車內(nèi)測試系統(tǒng)（IVDAS）中的應(yīng)用

　　汽車車內(nèi)測試系統(tǒng)（IVDAS）作為常見的汽車電子測試應(yīng)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(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)行記錄和分析汽車內(nèi)的各種傳感器信號(hào)的同時(shí)，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(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)的種類決定，各種信號(hào)采集和處理的整合由LabVIEW程序來完成。其可能的升級(jí)包括：增強(qiáng)觸摸屏功能、語音合成、語言辨識(shí)、運(yùn)動(dòng)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(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。

　　小結(jié)

　　隨著檢測技術(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。