言
虚拟仪器(virtual instrument,简称VI)作为第三代自动测试产品,以其使用简便、高效准确、易于维护和扩展等特点,在测控领域中迅速发展。目前,先进的虚拟仪器技术及其产品在发达国家已得到普遍应用,而在我国基本处于起步阶段。本文对虚拟仪器这一有着重要推广意义的技术在车辆工程领域的应用现状和前景做了概要的评述。研究虚拟仪器技术在车辆工程领域的应用,可以提高车辆设计、制造、使用和检测的水平。
1.虚拟仪器技术
计算机技术的迅速发展给传统仪器技术注入了强大活力,虚拟仪器技术就是通过软件将计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起,并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理,因此有“软件就是仪器”之说[2]。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统,且功能灵活,容易构建,所以应用广泛,尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域。虚拟仪器功能强大的开发软件(如NI公司的LabVIEW、LabWindows/CVI,HP公司的VEE等),可让用户迅速建立用于设计和产品测试的自动化测量系统,并可方便地实现系统在各种环境下重复使用,且维护简便。而其集成式软件架构最大限度地减少了建造复杂测量系统所需时间和资金,同时这些软件架构针对大型系统的管理任务,提供了满足测试和控制要求的完全客户化的测试管理软件及从大型测量系统的服务器上收集与分析测试数据的软件工具。
2 应用
目前在车辆工程领域, 虚拟仪器主要用于车辆设计、研究、生产控制、检测维修等,而且大都处于理论试验阶段,大范围的应用尚需时日[4～7]。深化虚拟仪器技术在车辆工程领域的应用,必将有助于提高车辆科研水平和生产效率。
2.1 车辆性能设计
在车辆性能设计过程中,传统的设计方式无法实现性能设计与性能试验的同步进行,往往要先做出系统,再在实验台上进行测试,验证系统效能。这种方法费时费力,对系统设计做改变或改进非常麻烦,改进的结果也不能立刻试验显示,而且测试系统造价高昂,维护不便。运用虚拟仪器技术构成的该测试系统则可克服这些缺点,帮助设计人员快速高效地对设计系统进行改进,改进结果可立即试验得出。例如车辆防抱死制动分析系统,利用虚拟仪器除了将传统仪器所包含的信号采集与控制、分析处理和结果显示等功能全部在个人计算机中实现外,还可以方便地改变系统的控制方法,以研究比较不同控制方法时系统的控制效能、系统滞后特性和控制精度等性能的优劣[6]。
2.2 车辆生产
以汽车生产为例,现代汽车生产要具有很高的自动化程度,以满足大规模、高效的现代化生产需要。现代汽车生产监控系统复杂而庞大,在单一工位上,需要测试控制的参量往往多达几十个,以前的测控系统设备庞大,监测参量少,维护困难。运用基于PC的虚拟仪器系统,配置适当的DAQ板,就可实现虚拟化的过程监测与控制,能及时地以各种方便的方式显示结果,并可将结果存为Excel等形式的文件,还可进行远程监控及数据采集,减少了分析处理数据所需的时间。
例如汽车连杆三工位螺母自动扳紧的检测设备,它是在大批量组装活塞连杆时,将连杆头部的螺母拧紧到标准力矩后,再将螺母固紧,使螺母锁紧力保持不变的专用设备。在原有的系统中,经常是由占地面积极大的测试设备实现单一参量的测控。虚拟化后的测试仪器,只需一台带有内置式DAQ卡的PC机,所有的功能键、显示器、曲线都可以在CRT显示器上重构。其操作简单,用户可以方便地增、减模块,进行重新配置现有系统以满足新的测试要求,既不丢失已有的硬件和软件资源,又能满足经常变化的测试要求,比原有系统优越很多。系统采用NI公司的Labwindows/CVI作为软件开发平台,它建立在开放式软件体系结构之上,以工程相配合的方案,进行数据的采集与处理。计算机与DAQ系列产品相结合,可进行实时测量和过程控制。在生产过程中再也无须人工记录数据,并将数据输入分析或显示程序中,内置式DAQ与适当的软件相配合,可自动实现这些功能。
长期以来,车辆行业对安全检测线的国家强制性检定项目,大都以工程车为运载工具,携带大量的各种汽车专用检定仪器,才能满足汽车制造业生产第一线不同参数仪器的计量检定。使用虚拟仪器的检定、测试系统具有页面简洁,易于操作等特点,集成度高,性能与稳定性好,便于流动巡回检定、测试。
2.3 车辆检测与维修
在车辆安全与维修检测中,一般都采用仪器设备与人工直观相结合的方式,检验结果易受到人为因素的影响而不准确,对不同测量对象调整困难,使用不便,相对现代车辆技术的发展很不适应。而虚拟仪器的用户自定义、组建灵活等特点正可以满足这些检测系统的要求,如用虚拟仪器研制的车灯配光检测系统和车辆尾气成分含量检测系统等。以车灯配光检测系统为例,应用LabVIEW和IMAQ vision图像处理软件,根据测量对象的特征,应用图像卷积、边缘特征提取、图像模式匹配检测等多种图像处理的方法,实现对车灯零件的缺损检测和车灯光轴交点的自动检测,并可通过对计算机屏幕参数设置及软件调整实现各种型号车灯的自动检测,是一种先进的柔性检测系统。
3.结束语
国外虚拟仪器技术已广泛应用于各个领域,在车辆检测、生产中也已运用多年,而在我国该项技术的应用相对较晚。由于虚拟仪器具有上述诸多特点,可大大节省项目的资金投入,提高效益、效率,所以值得在车辆工程领域大力推广。目前,基于PC机的虚拟仪器技术正向高性能、多功能、集成化和网络化方向发展,虚拟仪器技术能促进车辆测试仪器的发展,有良好的应用前景。
参考文献：
1 孙建民,曲正新.试论虚拟仪器及其在汽车测试中的应用.汽车工艺与材料,2002(3):10～12
2 徐科军,陈荣保,张崇巍.自动检测和仪表中的共性技术.北京:清华大学出版社,2000.
3 丁良旭. 虚拟技术与汽车工业.客车技术与研究,2002,24(2):1～5
4 王培霞,贾育秦,毕友明.在虚拟仪器平台上构建便携式车辆综合测试系统.太原重型机械学院学报,2001,22(2):113～114
