一、虛擬儀器的概括

根據(jù)現(xiàn)在的汽車(chē)工程測(cè)試的各種情況，建立靈活變化、功能強(qiáng)大、成本低廉的汽車(chē)電器測(cè)試系統(tǒng)是我們現(xiàn)在汽車(chē)測(cè)試的迫切要求，這種測(cè)試系統(tǒng)可以按照每一工程測(cè)試的要求，自由增減測(cè)試系統(tǒng)配置，通過(guò)各自利用配置系統(tǒng)單元器件，充分使用已有的系統(tǒng)化的標(biāo)準(zhǔn)化資源，以直觀和有效的方式提高工程測(cè)試技術(shù)綜合應(yīng)用的效率。

現(xiàn)在汽車(chē)工程中的測(cè)試儀器和其他工程上的是一樣的，也都需要專(zhuān)用的檢測(cè)儀器，我們通過(guò)比較可以看出虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)：（1）有些測(cè)試設(shè)備由于年久失修，數(shù)字化水平都比較低，而且產(chǎn)品嚴(yán)重老化，部分電路板有的已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕，幾乎無(wú)法恢復(fù)正常工作。而虛擬儀器能夠克服以前一些測(cè)試設(shè)備的弊端，通過(guò)設(shè)備的完整就能確保數(shù)據(jù)采集的精確性和實(shí)時(shí)性、提高數(shù)據(jù)處理功能、提高易操作性，對(duì)原有的設(shè)備進(jìn)行更新和擴(kuò)充，形成一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)；（2）在平時(shí)測(cè)試系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)是為了解決測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)的輸入與輸出，并且實(shí)現(xiàn)信號(hào)之間的邏輯關(guān)系；軟件系統(tǒng)則是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵和功能的體現(xiàn)，它是使信號(hào)做相應(yīng)的處理，虛擬儀器可使用相同的硬件系統(tǒng)，通過(guò)不同的設(shè)計(jì)程序就可以實(shí)現(xiàn)完全不同的各種測(cè)量?jī)x器的功能。虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)和前面板的顯示全部實(shí)現(xiàn)了軟件化，即軟件系統(tǒng)成為虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的核心，軟件可以定義各種儀器；（3）虛擬儀器的可變性很大，隨時(shí)隨地可按照實(shí)際情況增減測(cè)試功能，改進(jìn)目標(biāo)的設(shè)計(jì)方案，其優(yōu)越性是無(wú)比的；而單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的儀器使用若干年后，因?yàn)橛脩?hù)提出新的要求而使原來(lái)的設(shè)備不能適應(yīng)變化的環(huán)境而被淘汰；（4）虛擬儀器在使用過(guò)程中，逐漸更新逐漸完善其測(cè)試系統(tǒng)的內(nèi)部功能，隨時(shí)隨地可以不斷改進(jìn)其工作方式，因而使程序越用越完善、越發(fā)貼近最新的工作需要;尤其是用單片機(jī)開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者積累的感性認(rèn)識(shí)被限制在當(dāng)時(shí)一定范疇內(nèi)， 從設(shè)計(jì)到變成儀器， 受到時(shí)間跨度和經(jīng)費(fèi)支出的限制，其可靠性、穩(wěn)定性常造成先天性不足，事后亦難以彌補(bǔ)解決；（5）虛擬儀器的硬件、軟件是多年累積的，一套軟件系統(tǒng)、一個(gè)群體的智慧，是成批量的產(chǎn)物，其成熟性、可靠性、穩(wěn)定性是不容懷疑的。而且測(cè)試軟件中如果有不滿(mǎn)意的地方可以事后輕而易舉地修改以適應(yīng)需要；它是編程設(shè)計(jì)模塊化的集成，直觀性強(qiáng)，即使是非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)對(duì)口人才，也很容易進(jìn)行程序修改。從減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和降低成本方面來(lái)看，虛擬儀器的優(yōu)越性是確切的。隨著虛擬儀器的逐漸使用，我們將越來(lái)越發(fā)現(xiàn)它的優(yōu)點(diǎn)。

二、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及虛擬測(cè)試系統(tǒng)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向是在人工機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入電機(jī)作為動(dòng)力源，用電動(dòng)動(dòng)力代替液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向。電動(dòng)助力是由電機(jī)的電氣控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，為了分析電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的好壞，并且檢測(cè)系統(tǒng)的工作狀況，必須要有個(gè)系統(tǒng)測(cè)試工具來(lái)反映出系統(tǒng)的工作狀態(tài)。虛擬測(cè)試系統(tǒng)就可以完成對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)。

汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向虛擬測(cè)試系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：電子控制單元（ECU）、車(chē)速傳感器和扭矩傳感器、伺服電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱總成、程序端口和計(jì)算機(jī)等（見(jiàn)圖1）。其中比較關(guān)鍵的是電子控制單元、信號(hào)采集調(diào)理電路和計(jì)算機(jī)虛擬儀器，很大程度上決定著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制效果。具體的測(cè)試規(guī)程是：汽車(chē)處于起動(dòng)或者低速行駛狀態(tài)時(shí)，操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向，裝在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩傳感器不斷檢測(cè)作用于轉(zhuǎn)向柱扭桿上的扭矩，并將此信號(hào)與車(chē)速信號(hào)同時(shí)輸入電子控制器和信號(hào)采集調(diào)理電路，ECU處理器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，確定助力扭矩的大小和方向，從而控制電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，電動(dòng)機(jī)經(jīng)離合器及減速機(jī)構(gòu)將扭矩傳遞給牽引前輪轉(zhuǎn)向的橫拉桿，最終起到為駕駛?cè)藛T提供輔助轉(zhuǎn)向力的作用。同時(shí)轉(zhuǎn)矩信號(hào)T和電流信號(hào)I經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理以后通過(guò)RS- 232串口通訊方式輸入計(jì)算機(jī)的LabVIEW虛擬儀器控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)性能綜合測(cè)試。

汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向虛擬測(cè)試系統(tǒng)可以圖2 表述:

（1）串口通信VI：串口通信節(jié)點(diǎn)一般由以下節(jié)點(diǎn)組成串口的通訊節(jié)點(diǎn)。

利用VISA Configure Serial Port節(jié)點(diǎn)來(lái)設(shè)置通信方式的初始化參數(shù)見(jiàn)圖3。

利用VISA Read節(jié)點(diǎn)來(lái)讀取串口數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖4）。

利用VISA Close節(jié)點(diǎn)把資源關(guān)閉（見(jiàn)圖5）。

（2）數(shù)字濾波器VI：利用此裝置進(jìn)行濾波（見(jiàn)圖6）。

此系統(tǒng)一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而且能夠極大地衰減其他頻率成分。這種選頻作用，可濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。系統(tǒng)選用了IIR低通巴特沃茲濾波器。

系統(tǒng)是通過(guò)兩個(gè)彈簧模擬汽車(chē)轉(zhuǎn)向阻力，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角逐漸增加時(shí)，實(shí)時(shí)地觀察系統(tǒng)變化，這也是虛擬儀器的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)。

從實(shí)驗(yàn)的圖示（見(jiàn)圖7）可以清晰地看出，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的扭矩在沒(méi)有助力時(shí)比在有助力時(shí)明顯大，這樣可以明顯地觀察到助力效果，明顯觀察到電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輕便性。

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，虛擬儀器在汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用是很方便而且無(wú)需使用更多的繁瑣的儀器控制，實(shí)驗(yàn)中可以看出助力系統(tǒng)中有無(wú)助力前后的系統(tǒng)變化。通過(guò)此測(cè)試系統(tǒng)，使得該測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度得到了極大的提高，減少了人為操作的誤差，通過(guò)進(jìn)一步系統(tǒng)的優(yōu)化，可以改變系統(tǒng)的程序軟件和其他的系統(tǒng)配置，無(wú)需太大的動(dòng)作去改變測(cè)試結(jié)構(gòu)就可以適應(yīng)不同方面的測(cè)試需要。