汽车虚拟仪表实验系统设计

第28卷第4期增刊2007年4月

仪器仪表学报

Chinese Journal of Scientific Instrument

Vol128No14

Apr12007汽车虚拟仪表实验系统设计

郑永军,杨春园,王书茂,王荣杰

(中国农业大学工学院　北京　100083)

摘　要:汽车仪表盘反映汽车各种运行参数和状态参数,基于虚拟仪器的汽车仪表盘实验台在教学和科研中具有重要意义。本文建立了汽车运行参数模型,利用虚拟仪器技术,在LabWindows/CV I开发平台上实现了汽车运行状态参数(流量、转速等)的数据采集和分析,所开发的汽车虚拟仪表盘可显示其发动机转速、汽车车速、加(减)速度、瞬时油耗/百公里油耗、超速报警和故障报警等内容。

关键词:计算机测控;汽车仪表板;虚拟仪器;CV I

Design of automobile virtual fascia experiment system

Zheng Y ongjun,Yang Chunyuan,Wang Shumao,Wang Rongjie

(College of Engineering,China A g riculture Universit y,B ei j ing100083,China)

Abstract:The fascias of automobiles can reflect several of running parameters.In t his article,we built up a model of t he auto original parameters,and carried o ut t he collection and analysis of analog signals,which were related to t he vehicle’s parameters like oil consumption and rotation rate.All t hese information,e.g.en2 gine rotation speed,speed,acceleration,oil consumption,and speeding,were shown at t he virt ual front2pan2 el.The system was based on grap hical interfaces language Labwindows/CV I,which was t he production of N I company.

K ey w ords:comp uter measurement and cont rol;automobile fascia;virt ual inst rument;CV I

1　引 言

利用虚拟仪器技术模拟汽车仪表盘,设计综合数据采集、信号分析、仪器面板等多项内容的虚拟汽车仪表盘实验台。实验台自身产生转速、耗油、故障等模拟和数字信号源,然后再进行模拟和数字信号的采集和分析,通过建立转换函数模型在虚拟仪表盘上显示发动机转速、汽车车速、加(减)速、油耗、超速及故障报警等信息。利用虚拟仪器技术模拟汽车仪表盘[122],不仅可以完成先进汽车仪表盘的功能,而且免去汽车机械及电子器件,降低成本,提高可研性,在计算机测控技术、汽车电子技术等课程的教学及开放实验中具有广泛的实用价值[3]。2　功能分析与模块设计

考虑设计成本和实验条件,通过分析汽车运行中的转速、燃料流量等模型,由计算机模拟产生源信号,经D/A转换输出模拟信号。该信号经模拟输入端口A/D转换读入计算机,分析处理后在虚拟汽车仪表面板上显示转速、速度、显示百公里油耗(L/100km)、超速报警、加速或减速指示等信息,同时将部分参数通过数字输出至显示电路,用4位L ED动态显示。如果超速,则输出开关量,驱动发光二极管报警灯[4]。

系统结合PCI26011数据采集卡,采用LabWin2 dows/CV I虚拟仪器开发实现所有功能。具体功能分析如下:

(1)模拟工况的生成:实际汽车的转速、油耗及故障等源信号是通过传感器测量得到的模拟量,分析相

316　仪　器　仪　表　学　报第28卷

关汽车工况,预先建立转速和燃油流量信号的函数模型,采用软件模拟汽车转速、流量参数。以上参数在虚拟仪表盘上显示,并通过D/A 转换输出。

(2)信号采集与处理:将2个输出的模拟参数用不

同通道采集经过A /D 转换进入计算机,作为实验

采集到的源参量,计算得到汽车仪表盘上显示的相关参数。

(3)仪表盘输出:将计算后的转速、速度、百公里油耗、超速报警等参数通过虚拟仪表盘输出,并将速度、报警等信息输出至显示电路,由L ED 显示。

整个系统的流程如图1所示

。

图1　参数的处理流程图

根据流程分析,系统分划分为信号模拟与输出模

块、虚拟仪表盘2大模块。

信号模拟与输出模块中包含信号的模拟、信号的转换输出;虚拟仪表盘中包含信号输入、数据转换处理、数据输出3个子模块;各模块的结构如图2所示

。

图2　汽车虚拟仪表台功能模块

信号模拟与输出模块:依据转速和流量的函数模

型,模拟生成汽车转速、流量参数在虚拟仪表盘上显示,并通过数模转换输出。

虚拟仪表盘模块主要是模拟汽车仪表盘的功能,反映汽车运行参数。其各子模块的功能如下:

(1)信号输入模块:通过数据采集卡的模拟输入端口实时采集汽车模拟参数值;

(2)数据转换处理模块:实现采集量的A/D 转换

和量程处理,计算转速、速度、百公里油耗(L/

100km ),判断加减速、超速、档位信息;

(3)数据输出模块:虚拟仪表板上显示转换处理得

到的信息。采用模拟转速表、度表显示转速和速度,并显示加减速、油耗、超速报警等信息;将速度转换为L ED 对应二进制形码输出至4位L ED 动态显示,报警信号用I/O 量输出至扩展电路,驱动发光二极管。

3　源参数模型设计

(1)通常行驶状态下的转速模拟:本设计中模拟的转

速函数及其对应的速度函数如图3所示,采集进来的数据可以直接作为转速值r 显示在面板上,由于模拟的汽

车转速信号与速度成正比,则速度为:

v =π×D ×r ×60/1000

式中:D 为车轮直径;v 为汽车转速(单位:km/h );加速度为:

a =(v 2-v 1)/t

其中,v 2、v 1为相临时刻的速度值;考虑模拟量转换速度,故采用较低采样频率,周期t =1s 。

超速报警限取为90km ,当v >90时报警。

(2)换档采集的输出和上述原理相同,考虑实际情