[摘 要]：以傳感器為數(shù)據(jù)檢測(cè)元件，通過數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）以及以LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)的基于車載微機(jī)系統(tǒng)的虛擬儀器，設(shè)計(jì)開發(fā)的新型汽車儀表，具有測(cè)量準(zhǔn)確、維護(hù)方便、性價(jià)比高、可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互等諸多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)智能車輛公路系統(tǒng)（IVHS）技術(shù)，還可以實(shí)時(shí)分析道路、環(huán)境以及交通狀況等多項(xiàng)數(shù)據(jù)，有效地改善目前我國(guó)汽車儀表行業(yè)的低層次發(fā)展與整車（特別是轎車）飛速發(fā)展極不相稱的局面。
關(guān)鍵詞：車載微機(jī) 虛擬技術(shù) 汽車儀表
1 引言
我國(guó)汽車儀表行業(yè)自1951年創(chuàng)業(yè)、1956年生產(chǎn)出*套儀表總成至今，雖然已實(shí)現(xiàn)了成套儀表生產(chǎn)和產(chǎn)品開發(fā)，卻仍然滯后于整車的發(fā)展，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)裝備、科技含量、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、成本價(jià)格、產(chǎn)品開發(fā)和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力等方面，都存在相當(dāng)大的差距。而且，在微電子技術(shù)飛速發(fā)展、現(xiàn)代車用儀表新材料日新月異以及車用儀表精細(xì)加工技術(shù)日趨成熟的今天，傳統(tǒng)汽車儀表的概念受到了新的、越來越強(qiáng)烈的沖擊，汽車儀表無論是其內(nèi)涵還是外延都在悄悄地發(fā)生著質(zhì)的變化，大大拓展了人、車界面系統(tǒng)。同時(shí)，伴隨汽車工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和規(guī)模經(jīng)營(yíng)的形成，以及對(duì)環(huán)保、安全保障、人機(jī)一體化等方面提出的更高要求和世界各國(guó)廣泛開展智能車輛公路系統(tǒng)（IVHS）的研究及應(yīng)用，越來越需要汽車儀表具有集感覺、識(shí)別、信息分析、信息庫、適應(yīng)和控制6個(gè)方面為一體的智能化系統(tǒng)功能。因此，汽車儀表正不斷融人當(dāng)今各學(xué)科、各領(lǐng)域的新技術(shù)、新材料、新成果，向功能多元化、機(jī)電一體化、系統(tǒng)工程化、高度集成化方向發(fā)展。
隨著虛擬技術(shù)（VT）在汽車業(yè)應(yīng)用的日益廣泛，特別是日臻成熟的智能車輛公路系統(tǒng)（IVHS）在應(yīng)用中所必需的車載微機(jī)系統(tǒng)，必將促進(jìn)虛擬儀器（VI）技術(shù)在汽車儀表中的應(yīng)用。這不但能改善汽車儀表工業(yè)的現(xiàn)狀，同時(shí)提高了硬件的利用率，從而降低了成本。
虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)、電于儀器技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生的一種新型儀器。利用虛擬儀器思想建立的測(cè)試系統(tǒng)提高了測(cè)量精度、測(cè)量速度，減少了開關(guān)、電纜，系統(tǒng)易擴(kuò)充、易修改，使得測(cè)試系統(tǒng)體積小、靈活方便、成本低、效率高，成為現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的主流。虛擬儀器沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來替代常規(guī)的儀器控制面板。軟面板上具有與實(shí)際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其它控制部件。在系統(tǒng)集成后，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)、顯示，組建自己所需要的儀器。用戶不用編寫測(cè)試程序，即可進(jìn)行測(cè)試、測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試的自動(dòng)化、智能化。
2 系統(tǒng)硬件



 
2.1 硬件功能
測(cè)速傳感器1（編碼器，監(jiān)測(cè)車速）安裝在制造精度高、與車輪的轉(zhuǎn)速比恒定的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生n個(gè)脈沖，通過轉(zhuǎn)速比關(guān)系可換算出每個(gè)脈沖的當(dāng)量（mm／pulse）。結(jié)合時(shí)間參數(shù)，可獲得車速和行駛里程。測(cè)速傳感器2（編碼器，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸上，同樣可獲得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)冷卻液（水箱）溫度：
壓力傳感器安裝于專門設(shè)計(jì)的油箱的副油管內(nèi)，以減小行車顛簸所產(chǎn)生的振動(dòng)誤差。結(jié)合燃油比重及油箱尺寸數(shù)據(jù)，經(jīng)換算可得到當(dāng)前油量。
多通道二態(tài)信息轉(zhuǎn)換電路將來自于各指示燈線路的直流電信號(hào)轉(zhuǎn)化為TTL電平信號(hào)，提供給數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）。
數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）采用NlPCI-6013，具有高輸入阻抗和抑制溫漂電路，以保證輸入和輸出信號(hào)不受干擾。內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換，并有多種信號(hào)的輸入接口。另外，尚有剩余的輸入／輸出通道以備功能拓展。
主機(jī)采用PIV1.7G／256PC機(jī)。
3 系統(tǒng)軟件
3.1 軟件介紹
系統(tǒng)以美國(guó)國(guó)家儀器公司（簡(jiǎn)稱NI，National-strument）開發(fā)的LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)基于圖形化編程語言G的開發(fā)環(huán)境，是儀器控制與數(shù)據(jù)采集的圖形化編程平臺(tái)。LabVIEW由前面板（Front Panel）和框圖程序（Block Diagram）以及圖標(biāo)／接線端口組成，程序運(yùn)行采用數(shù)據(jù)流（Data Flow）運(yùn)行模型。
前面板是人機(jī)交互的圖形用戶接口，此接口集成了用戶的輸入和程序的輸出，并由控制（Controls）、指示（Indicators）和修飾（Decoration）構(gòu)成。
框圖程序則是程序的圖形化的源代碼，包括各種庫函數(shù)（Functions）和結(jié)構(gòu)（Structures）等，對(duì)操作平臺(tái)進(jìn)行編程，以操縱和控制定義在前面板的輸入和輸出功能。圖標(biāo)／接線端口用于把LabVIEW程序定義成一個(gè)子程序，以便在其它程序中加以調(diào)用，這使LabVIEW得以實(shí)現(xiàn)層次化、模塊化編程。
LabVIEW內(nèi)置編譯器可加快運(yùn)行速度，并內(nèi)置GPIB、VXI、串口和插入式DAQ數(shù)據(jù)采集板的庫函數(shù)，有內(nèi)容豐富的分析庫，可進(jìn)行信號(hào)處理和統(tǒng)計(jì)復(fù)雜的分析工作。同時(shí)支持ActiveX編程、DDE數(shù)據(jù)交換和DDL動(dòng)態(tài)連接庫的直接調(diào)用。LabVIEW采用模塊設(shè)計(jì)，對(duì)不同的操縱系統(tǒng)進(jìn)行了很好的屏蔽。還可以生成單獨(dú)可執(zhí)行文件，使編譯出來的程序具有相當(dāng)高的可移植性。
3.2 儀表設(shè)計(jì)要求
系統(tǒng)可以設(shè)置外設(shè)接口，根據(jù)使用要求設(shè)計(jì)或更改儀表功能，如以動(dòng)力、車速等多項(xiàng)數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，經(jīng)計(jì)算為駕駛者提供與目前狀況相適應(yīng)的檔位等。但做為汽車儀表，應(yīng)具備如下基本功能：
（1）適時(shí)地以數(shù)字和指針兩種方式顯示各指標(biāo)。汽車各指示燈狀態(tài)以面板上相應(yīng)指示燈的狀態(tài)顯示。
（2）車速、油量、水溫設(shè)置臨界值報(bào)警，超過或低于臨界值，相應(yīng)的黃色報(bào)警燈閃爍，并發(fā)出報(bào)警音。
4 實(shí)驗(yàn)分析
4.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
為了能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，將系統(tǒng)移植到手提電腦，對(duì)某種轎車各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)測(cè)。
 
其他各項(xiàng)參數(shù)如油量、水溫、車燈狀態(tài)等均與原車儀表基本符合。
4.2 結(jié)果分析
由表1可見，隨著車速的提高，測(cè)量誤差有逐漸提高的趨勢(shì)。但車速達(dá)90km／h時(shí)，仍在工程誤差范圍內(nèi)（<5％）。一方面，測(cè)速傳感器安裝時(shí)存在誤差，由于速度的加快對(duì)該誤差具有“放大”作用，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差隨車速的提高而加大。這部分誤差可以通過提高安裝精度來減小。另外，車速提高對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在一定的影響，特別是在路況相對(duì)較差時(shí)，影響更大，這也是測(cè)量誤差隨車速的加快而提高的原因之一。
表2顯示，調(diào)整測(cè)速傳感器的安裝精度后，測(cè)量誤差明顯減小。這說明測(cè)速傳感器的安裝誤差是測(cè)量誤差的主導(dǎo)因素。由系統(tǒng)穩(wěn)定性引起的測(cè)量誤差隨著速度的加快具有總體加大的趨勢(shì)，但對(duì)結(jié)果影響較小。
5 結(jié)論
虛擬儀器作為計(jì)算機(jī)和測(cè)試儀器技術(shù)共同孕育和發(fā)展的產(chǎn)物，充分利用了計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，借助于一定的軟件模塊或模塊化功能插卡完成傳統(tǒng)的電測(cè)功能。結(jié)合虛擬儀器技術(shù)思想，開發(fā)研制基于車載微機(jī)系統(tǒng)的新型汽車儀表，不但能有效地改善我國(guó)汽車儀表行業(yè)的低層次發(fā)展與整車飛速發(fā)展極不相稱的局面，而且能在較高層次上參與競(jìng)爭(zhēng)并增強(qiáng)整車的競(jìng)爭(zhēng)能力。
應(yīng)當(dāng)指出，環(huán)境狀態(tài)（如路況）和汽車功能類型的變化會(huì)對(duì)儀表功能提出新的要求，因此，為方便功能更新和拓展以及人機(jī)交互，系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留輸入設(shè)備接口。
另外，汽車儀表工作的穩(wěn)定性非常重要，因而，硬件系統(tǒng)的安裝以及軟件的運(yùn)行應(yīng)確保安全可靠