基于车载微机系统的虚拟式汽车仪表研究
| [摘 要]：以传感器为数据检测元件，通过数据采集卡（DAQ）以及以LabVIEW为开发平台的基于车载微机系统的虚拟仪器，设计开发的新型汽车仪表，具有测量准确、维护方便、性价比高、可实现人机交互等诸多优点，结智能车辆公路系统（IVHS）技术，还可以实时分析道路、环境以及交通状况等多项数据，有效地改善目前我国汽车仪表行业的低层次发展与整车（特别是轿车）飞速发展极不相称的局面。 关键词：车载微机 虚拟技术 汽车仪表 1 引言 我国汽车仪表行业自1951年创业、1956年生产出第一套仪表总成至今，虽然已实现了成套仪表生产和产品开发，却仍然滞后于整车的发展，与世界发达国家相比，在产品质量、技术装备、科技含量、经济规模、成本价格、产品开发和竞争实力等方面，都存在相当大的差距。而且，在微电子技术飞速发展、现代车用仪表新材料日新月异以及车用仪表精细加工技术日趋成熟的今天，传统汽车仪表的概念受到了新的、越来越强烈的冲击，汽车仪表无论是其内涵还是外延都在悄悄地发生着质的变化，大大拓展了人、车界面系统。同时，伴随汽车工业规模生产和规模经营的形成，以及对环保、安全保障、人机一体化等方面提出的更高要求和世界各国广泛开展智能车辆公路系统（IVHS）的研究及应用，越来越需要汽车仪表具有集感觉、识别、信息分析、信息库、适应和控制6个方面为一体的智能化系统功能。因此，汽车仪表正不断融人当今各学科、各领域的新技术、新材料、新成果，向功能多元化、机电一体化、系统工程化、高度集成化方向发展。 随着虚拟技术（VT）在汽车业应用的日益广泛，特别是日臻成熟的智能车辆公路系统（IVHS）在应用中所必需的车载微机系统，必将促进虚拟仪器（VI）技术在汽车仪表中的应用。这不但能改善汽车仪表工业的现状，同时提高了硬件的利用率，从而降低了成本。 虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电于仪器技术的发展产生的一种新型仪器。利用虚拟仪器思想建立的测试系统提高了测量精度、测量速度，减少了开关、电缆，系统易扩充、易修改，使得测试系统体积小、灵活方便、成本低、效率高，成为现代测试系统发展的主流。虚拟仪器没有常规仪器的控制面板，而是利用计算机强大的图形环境，在计算机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的仪器控制面板。软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其它控制部件。在系统集成后，对被测对象进行数据采集、分析、存储、显示，组建自己所需要的仪器。用户不用编写测试程序，即可进行测试、测量，实现了测试的自动化、智能化。 2 系统硬件 2.1 硬件功能 测速传感器1（编码器，监测车速）安装在制造精度高、与车轮的转速比恒定的转轴上，转轴转动一周产生n个脉冲，通过转速比关系可换算出每个脉冲的当量（mm／pulse）。结合时间参数，可获得车速和行驶里程。测速传感器2（编码器，监测发动机转速）安装在发动机的动力输出轴上，同样可获得发动机转速。 温度传感器用于监测冷却液（水箱）温度： 压力传感器安装于专门设计的油箱的副油管内，以减小行车颠簸所产生的振动误差。结合燃油比重及油箱尺寸数据，经换算可得到当前油量。 多通道二态信息转换电路将来自于各指示灯线路的直流电信号转化为TTL电平信号，提供给数据采集卡（DAQ）。 数据采集卡（DAQ）采用NlPCI-6013，具有高输入阻抗和抑制温漂电路，以保证输入和输出信号不受干扰。内置A／D转换，并有多种信号的输入接口。另外，尚有剩余的输入／输出通道以备功能拓展。 主机采用PIV1.7G／256PC机。 3 系统软件 3.1 软件介绍 系统以美国国家仪器公司（简称NI，National-strument）开发的LabVIEW为开发平台。该平台基于图形化编程语言G的开发环境，是仪器控制与数据采集的图形化编程平台。LabVIEW由前面板（Front Panel）和框图程序（Block Diagram）以及图标／接线端口组成，程序运行采用数据流（Data Flow）运行模型。 前面板是人机交互的图形用户接口，此接口集成了用户的输入和程序的输出，并由控制（Controls）、指示（Indicators）和修饰（Decoration）构成。 框图程序则是程序的图形化的源代码，包括各种库函数（Functions）和结构（Structures）等，对操作平台进行编程，以操纵和控制定义在前面板的输入和输出功能。图标／接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序，以便在其它程序中加以调用，这使LabVIEW得以实现层次化、模块化编程。 LabVIEW内置编译器可加快运行速度，并内置GPIB、VXI、串口和插入式DAQ数据采集板的库函数，有内容丰富的高级分析库，可进行信号处理和统计复杂的分析工作。同时支持ActiveX编程、DDE数据交换和DDL动态连接库的直接调用。LabVIEW采用模块设计，对不同的操纵系统进行了很好的屏蔽。还可以生成单独可执行文件，使编译出来的程序具有相当高的可移植性。 3.2 仪表设计要求 系统可以设置外设接口，根据使用要求设计或更改仪表功能，如以动力、车速等多项数据采集为基础，经计算为驾驶者提供与目前状况相适应的档位等。但做为汽车仪表，应具备如下基本功能： （1）适时地以数字和指针两种方式显示各指标。汽车各指示灯状态以面板上相应指示灯的状态显示。 （2）车速、油量、水温设置临界值报警，超过或低于临界值，相应的黄色报警灯闪烁，并发出报警音。 4 实验分析 4.1 现场测试 为了能够实现现场测试，将系统移植到手提电脑，对某种轿车各项参数进行了实测。 其他各项参数如油量、水温、车灯状态等均与原车仪表基本符合。 4.2 结果分析 由表1可见，随着车速的提高，测量误差有逐渐提高的趋势。但车速达90km／h时，仍在工程误差范围内（<5％）。一方面，测速传感器安装时存在误差，由于速度的加快对该误差具有“放大”作用，从而导致测量误差随车速的提高而加大。这部分误差可以通过提高安装精度来减小。另外，车速提高对系统的稳定性存在一定的影响，特别是在路况相对较差时，影响更大，这也是测量误差随车速的加快而提高的原因之一。 表2显示，调整测速传感器的安装精度后，测量误差明显减小。这说明测速传感器的安装误差是测量误差的主导因素。由系统稳定性引起的测量误差随着速度的加快具有总体加大的趋势，但对结果影响较小。 5 结论 虚拟仪器作为计算机和测试仪器技术共同孕育和发展的产物，充分利用了计算机的软硬件资源，借助于一定的软件模块或模块化功能插卡完成传统的电测功能。结合虚拟仪器技术思想，开发研制基于车载微机系统的新型汽车仪表，不但能有效地改善我国汽车仪表行业的低层次发展与整车飞速发展极不相称的局面，而且能在较高层次上参与国际竞争并增强整车的国际竞争能力。 应当指出，环境状态（如路况）和汽车功能类型的变化会对仪表功能提出新的要求，因此，为方便功能更新和拓展以及人机交互，系统应预留输入设备接口。 另外，汽车仪表工作的稳定性非常重要，因而，硬件系统的安装以及软件的运行应确保安全可靠 |
