基于車載微機系統(tǒng)的虛擬式汽車儀表研究
| [摘 要]：以傳感器為數(shù)據(jù)檢測元件，通過數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）以及以LabVIEW為開發(fā)平臺的基于車載微機系統(tǒng)的虛擬儀器，設(shè)計開發(fā)的新型汽車儀表，具有測量準確、維護方便、性價比高、可實現(xiàn)人機交互等諸多優(yōu)點，結(jié)智能車輛公路系統(tǒng)（IVHS）技術(shù)，還可以實時分析道路、環(huán)境以及交通狀況等多項數(shù)據(jù)，有效地改善目前我國汽車儀表行業(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 虛擬技術(shù) 汽車儀表 1 引言 我國汽車儀表行業(yè)自1951年創(chuàng)業(yè)、1956年生產(chǎn)出第一套儀表總成至今，雖然已實現(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)達國家相比，在產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)裝備、科技含量、經(jīng)濟規(guī)模、成本價格、產(chǎn)品開發(fā)和競爭實力等方面，都存在相當大的差距。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，伴隨汽車工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和規(guī)模經(jīng)營的形成，以及對環(huán)保、安全保障、人機一體化等方面提出的更高要求和世界各國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、識別、信息分析、信息庫、適應(yīng)和控制6個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系統(tǒng)，必將促進虛擬儀器（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，同時提高了硬件的利用率，從而降低了成本。 虛擬儀器是隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代測量技術(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試系統(tǒng)提高了測量精度、測量速度，減少了開關(guān)、電纜，系統(tǒng)易擴充、易修改，使得測試系統(tǒng)體積小、靈活方便、成本低、效率高，成為現(xiàn)代測試系統(tǒng)發(fā)展的主流。虛擬儀器沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計算機強大的圖形環(huán)境，在計算機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，對被測對象進行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲、顯示，組建自己所需要的儀器。用戶不用編寫測試程序，即可進行測試、測量，實現(xiàn)了測試的自動化、智能化。 2 系統(tǒng)硬件 2.1 硬件功能 測速傳感器1（編碼器，監(jiān)測車速）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)動一周產(chǎn)生n個脈沖，通過轉(zhuǎn)速比關(guān)系可換算出每個脈沖的當量（mm／pulse）。結(jié)合時間參數(shù)，可獲得車速和行駛里程。測速傳感器2（編碼器，監(jiān)測發(fā)動機轉(zhuǎn)速）安裝在發(fā)動機的動力輸出軸上，同樣可獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)速。 溫度傳感器用于監(jiān)測冷卻液（水箱）溫度： 壓力傳感器安裝于專門設(shè)計的油箱的副油管內(nèi)，以減小行車顛簸所產(chǎn)生的振動誤差。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轉(zhuǎn)化為TTL電平信號，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不受干擾。內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換，并有多種信號的輸入接口。另外，尚有剩余的輸入／輸出通道以備功能拓展。 主機采用PIV1.7G／256PC機。 3 系統(tǒng)軟件 3.1 軟件介紹 系統(tǒng)以美國國家儀器公司（簡稱NI，National-strument）開發(fā)的LabVIEW為開發(fā)平臺。該平臺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。LabVIEW由前面板（Front Panel）和框圖程序（Block Diagram）以及圖標／接線端口組成，程序運行采用數(shù)據(jù)流（Data Flow）運行模型。 前面板是人機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，對操作平臺進行編程，以操縱和控制定義在前面板的輸入和輸出功能。圖標／接線端口用于把LabVIEW程序定義成一個子程序，以便在其它程序中加以調(diào)用，這使LabVIEW得以實現(xiàn)層次化、模塊化編程。 LabVIEW內(nèi)置編譯器可加快運行速度，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)容豐富的高級分析庫，可進行信號處理和統(tǒng)計復(fù)雜的分析工作。同時支持ActiveX編程、DDE數(shù)據(jù)交換和DDL動態(tài)連接庫的直接調(diào)用。LabVIEW采用模塊設(shè)計，對不同的操縱系統(tǒng)進行了很好的屏蔽。還可以生成單獨可執(zhí)行文件，使編譯出來的程序具有相當高的可移植性。 3.2 儀表設(shè)計要求 系統(tǒng)可以設(shè)置外設(shè)接口，根據(jù)使用要求設(shè)計或更改儀表功能，如以動力、車速等多項數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，經(jīng)計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）適時地以數(shù)字和指針兩種方式顯示各指標。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)置臨界值報警，超過或低于臨界值，相應(yīng)的黃色報警燈閃爍，并發(fā)出報警音。 4 實驗分析 4.1 現(xiàn)場測試 為了能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場測試，將系統(tǒng)移植到手提電腦，對某種轎車各項參數(shù)進行了實測。 其他各項參數(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，測量誤差有逐漸提高的趨勢。但車速達90km／h時，仍在工程誤差范圍內(nèi)（<5％）。一方面，測速傳感器安裝時存在誤差，由于速度的加快對該誤差具有“放大”作用，從而導(dǎo)致測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，車速提高對系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在一定的影響，特別是在路況相對較差時，影響更大，這也是測量誤差隨車速的加快而提高的原因之一。 表2顯示，調(diào)整測速傳感器的安裝精度后，測量誤差明顯減小。這說明測速傳感器的安裝誤差是測量誤差的主導(dǎo)因素。由系統(tǒng)穩(wěn)定性引起的測量誤差隨著速度的加快具有總體加大的趨勢，但對結(jié)果影響較小。 5 結(jié)論 虛擬儀器作為計算機和測試儀器技術(shù)共同孕育和發(fā)展的產(chǎn)物，充分利用了計算機的軟硬件資源，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)研制基于車載微機系統(tǒng)的新型汽車儀表，不但能有效地改善我國汽車儀表行業(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國際競爭并增強整車的國際競爭能力。 應(yīng)當指出，環(huán)境狀態(tài)（如路況）和汽車功能類型的變化會對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行應(yīng)確保安全可靠 |
