汽車儀表正逐步向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，用數(shù)字化的虛擬儀表取代我國(guó)現(xiàn)階段普遍采用的電器式或電子式儀表已成為實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)化的一個(gè)重要課題。汽車儀表是汽車與駕駛員進(jìn)行信息交流的窗口市贡，也是汽車高尖技術(shù)的主要部分，各國(guó)一直在努力開發(fā)汽車儀表技術(shù)辞皇，并不斷取得新的進(jìn)展湘发。作者自主開發(fā)的虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)已成功地安裝到由武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院開發(fā)的Aspire純電動(dòng)概念車上進(jìn)行實(shí)車測(cè)試，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了車輛的定位導(dǎo)航犀村、后視攝影、網(wǎng)絡(luò)通訊材彪、影音娛樂(lè)及汽車黑匣子等功能观挎。此樣車是虛擬數(shù)字式汽車式儀表的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，本文給出虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的硬件構(gòu)成段化、人機(jī)界面及基于LabVIEW的軟件實(shí)現(xiàn)嘁捷。

 

一、虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

 

虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)是將各種汽車電子技術(shù)集于一體的智能系統(tǒng)显熏，包括智能儀表系統(tǒng)雄嚣、車載導(dǎo)航系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)及車載黑匣子系統(tǒng)等喘蟆，是各國(guó)汽車行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)缓升。

 

（一）數(shù)據(jù)采集技術(shù)

 

采集的汽車數(shù)據(jù)除導(dǎo)航用的陀螺儀和里程計(jì)等數(shù)據(jù)外，為使駕駛員了解車輛的狀況還需采集反映汽車主軸轉(zhuǎn)速蕴轨、輪胎氣壓及溫度等汽車性能參數(shù)的數(shù)據(jù)港谊。汽車數(shù)據(jù)采集模塊可選用的方式要依據(jù)實(shí)際狀況而定。

 

（二）GSM通訊技術(shù)

 

要實(shí)現(xiàn)車輛的智能化橙弱，必須在車輛上建立網(wǎng)絡(luò)通訊功能歧寺。通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇是關(guān)鍵，它決定系統(tǒng)的容量傻椿、可靠性和信息中心監(jiān)控覆蓋的范圍阅秀。通訊技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)車輛無(wú)線通訊、移動(dòng)辦公及網(wǎng)上沖浪等。

 

（三）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)模塊

 

汽車各個(gè)主要設(shè)備的狀態(tài)信息京拣、位置信息虽浆、速度信息及負(fù)荷等是判斷事故發(fā)生原因的重要信息，需要將停車前的歷史數(shù)據(jù)保存剧胚，為便于數(shù)據(jù)的輸出包惹，采用非接觸的IC卡或移動(dòng)硬盤USB存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這就是汽車黑匣子要實(shí)現(xiàn)的功能落六。

 

（四）虛擬數(shù)字式儀表的顯示技術(shù)

 

虛擬數(shù)字式儀表的信息量非常大箫乳，如采用傳統(tǒng)儀表的顯示方法顯示，車載的儀表數(shù)目將會(huì)不斷增多民氏，使車輛儀表板顯得很擁擠浊丑，也會(huì)加大駕駛員的操作難度，分散駕駛員的注意力久规。用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的車載虛擬數(shù)字式儀表湖笨，將這些問(wèn)題迎刃而解。它將所有的信息顯示集合在一個(gè)屏幕上蹦骑，并以分界面的方法顯示慈省，這樣將使駕駛員查看信息非常便利，取消眾多的儀表眠菇，也使車內(nèi)空間變得更加寬敞边败、舒適和美觀。

 

二捎废、虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的硬件組成及人機(jī)界面

 

（一）虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

 

系統(tǒng)硬件的選用和組合原則為：充分考慮各硬件的兼容性和性價(jià)比笑窜；充分考慮系統(tǒng)的電磁兼容性，保證系統(tǒng)能夠在比較惡劣的電磁環(huán)境下正常工作登疗；滿足系統(tǒng)的基本功能要求排截，并充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和精簡(jiǎn)性，預(yù)留若干可擴(kuò)展接口辐益。

 

信息系統(tǒng)由PC機(jī)断傲、外圍硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)及用戶的應(yīng)用程序4部分組成荷腊。外圍硬件設(shè)備主要由液晶顯示器黍鸡、觸摸屏、數(shù)字I/0數(shù)據(jù)采集卡拾拄、車輪轉(zhuǎn)速傳感器秀坤、蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、CCD攝像頭莺肘、電視卡荒懒、GPS接收器及無(wú)線上網(wǎng)卡等組成茉蔗，虛擬數(shù)字式汽車儀表硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

 

（二）虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的人機(jī)界面

 

虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)集成了虛擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)装芬，具備虛擬儀表锚躺、電子后視鏡、故障監(jiān)測(cè)援栗、運(yùn)行記錄骄雇、GPS車載定位、多媒體影音帘惜、上網(wǎng)通訊及移動(dòng)辦公等多種功能瑰侥。功能界面如圖2所示。

 

 

1．儀表與指示燈區(qū)

 

儀表與指示燈區(qū)顯示車速表稳析、蓄電池電荷狀態(tài)表洗做、蓄電池溫度表、照明與信號(hào)指示燈彰居、警報(bào)信號(hào)指示燈及檔位指示燈诚纸。當(dāng)車速超過(guò)某一限定速度時(shí)，將發(fā)出超速語(yǔ)音提示陈惰。

 

2．運(yùn)行記錄區(qū)

 

運(yùn)行記錄區(qū)顯示帶復(fù)位按鈕的單程里程表畦徘、累計(jì)里程表、日期與時(shí)間及運(yùn)行記錄按鈕抬闯。單程里程表顯示單次行駛的里程旧烧，按下清零按鈕可使單程里程表回零；累計(jì)里程表顯示汽車?yán)塾?jì)總行駛里程画髓；按下運(yùn)行記錄按鈕，則顯示汽車運(yùn)行的車速平委、里程奈虾、故障與報(bào)警歷史記錄（汽車黑匣子功能）。

 

3．程序控制區(qū)

 

程序控制區(qū)顯示如下程序的運(yùn)行按鈕：電子后視境廉赔、車載定位導(dǎo)航以息、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器、MP3播放器祥怖、無(wú)線電視和調(diào)頻收音機(jī)構(gòu)成的車載影音娛樂(lè)系統(tǒng)兴题。

 

4．電子后視境區(qū)

 

電子后視境區(qū)顯示攝像頭所拍攝的汽車后方影像，以方便駕駛員觀察車后交通狀況抽胁。

 

5．定位導(dǎo)航

 

定位導(dǎo)航區(qū)顯示電子地圖噩檬，它利用GPS接收器接收的汽車定位信息在電子地圖上描繪汽車運(yùn)行軌跡。定位導(dǎo)航程序可提供靜態(tài)導(dǎo)航功能喜即，能根據(jù)駕駛員提供的起點(diǎn)和終點(diǎn)名稱肾轨，自定確定最短行車路線初禁。

 

三、虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

 

整個(gè)系統(tǒng)效能的發(fā)揮除需要一個(gè)穩(wěn)定和高性能的硬件平臺(tái)外档徘，軟件起著至關(guān)重要的作用棘魏。系統(tǒng)的各種功能及組合方式，人機(jī)界面的表現(xiàn)形式等等都是通過(guò)軟件來(lái)完成的宝各。

 

本系統(tǒng)采用LabVIEW這種直觀的圖形程序語(yǔ)言烹豫，以一種很直觀的方法建立前面板人機(jī)界面和程序框圖，完成編程過(guò)程婴削。前面板是用戶可以見到的廊镜，類似傳統(tǒng)儀器的操作面板，利用工具模板從控制模板中添加輸入控制器和輸出指示器馆蠕，控制器和指示器種類可選擇期升。程序框圖是支持虛擬儀器實(shí)現(xiàn)其功能的核心，對(duì)程序框圖的設(shè)計(jì)涉及節(jié)點(diǎn)互躬、數(shù)據(jù)端口和連線的設(shè)計(jì)播赁。連線代表數(shù)據(jù)走向，節(jié)點(diǎn)則是函數(shù)吼渡、VI子程序容为、結(jié)構(gòu)或代碼接口。虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)總體流程圖如圖3所示寺酪。

 

 

虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的內(nèi)容十分豐富坎背，為了使儀表的界面清晰、美觀和舒適寄雀，把車輛信息系統(tǒng)的內(nèi)容按顯示信息的特性和駕駛員的需求頻率分成不同的界面顯示得滤。

 

虛擬數(shù)字式汽車儀表分界面的顯示操作是通過(guò)觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)手指觸摸主界面上相應(yīng)功能的軟按鈕百睹，就可切換到所要查看的分界面菊虏。虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)分界面顯示如圖2所示。虛擬數(shù)字式汽車儀表具體功能的實(shí)現(xiàn)都是由軟件完成的阳框，該軟件主要完成如下功能桦材。

 

（一）對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)的各功能板進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和初始化

 

1．?dāng)?shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)

 

NI公司生產(chǎn)的各種類型的數(shù)據(jù)采集卡使用非常方便，在編寫VI前旦氓，只需在LabVIEW的“Measurement＆Automation”驅(qū)動(dòng)軟件下炮惕，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置即可。

 

2．?dāng)?shù)據(jù)采集參數(shù)初始設(shè)置

 

要使數(shù)據(jù)采集卡正確地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能汛刻，必須根據(jù)實(shí)際測(cè)量的需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置射贡。待設(shè)置的參數(shù)主要有采集卡的設(shè)備號(hào)及地址碼，此外還有模擬信號(hào)輸入部分的設(shè)置項(xiàng)瘾色、A/D轉(zhuǎn)換部分的設(shè)置項(xiàng)贩俺、D/A轉(zhuǎn)換部分的設(shè)置項(xiàng)及DIO和計(jì)數(shù)器部分的設(shè)置項(xiàng)艘珊。

 

（二）對(duì)各種傳感器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理

 

數(shù)據(jù)采集和處理將通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號(hào)或脈沖信號(hào)及開關(guān)量信號(hào)采集到數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)通道，并進(jìn)行數(shù)字濾波洋魂、格式轉(zhuǎn)換绷旗、當(dāng)量運(yùn)算及單位換算等，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能直接在顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)副砍。

 

數(shù)據(jù)處理部分相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單衔肢，而數(shù)據(jù)采集是軟件編程的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)采集的信號(hào)有模擬量豁翎、開關(guān)數(shù)字量和脈沖數(shù)字量角骤，數(shù)據(jù)采集的總體流程如圖4所示。

 

 

（三）定位導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)

 

1．定位導(dǎo)航的驅(qū)動(dòng)程序

 

由于導(dǎo)航模塊是外購(gòu)的集成板卡心剥，廠家提供有C邦尊、C++和BASIC編寫的驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)，如何在LabVIEW環(huán)境下對(duì)它進(jìn)行調(diào)用优烧，是使用外購(gòu)產(chǎn)品需要解決的問(wèn)題蝉揍。

 

LabVIEW解決這類問(wèn)題有幾種方案，如直接端口I/O方式畦娄、調(diào)用CLF節(jié)點(diǎn)及調(diào)用CIN節(jié)點(diǎn)又沾，在此選用CIN方式。CIN是LabVIEW中調(diào)用C源代碼的通用方法熙卡，C語(yǔ)言是目前公認(rèn)的功能較強(qiáng)大的程序語(yǔ)言巷科，LabVIEW通過(guò)與C語(yǔ)言接口，可大大擴(kuò)展其整體功能选曼。

 

CIN是位于LabVIEW框圖程序窗口中的一個(gè)功能節(jié)點(diǎn)底靴，在功能模板Advanced子模板上，可以實(shí)現(xiàn)在LabVIEW中引入C語(yǔ)言源代碼失傍。用戶可將需調(diào)用的外部代碼編譯成LabVIEW能夠識(shí)別的格式后與此節(jié)點(diǎn)相連拨俏，當(dāng)此節(jié)點(diǎn)執(zhí)行時(shí)，LabVIEW將自動(dòng)調(diào)用與此節(jié)點(diǎn)相連的外部代碼咒祠，并向CIN傳遞特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于LabVIEW中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式遵循了C語(yǔ)言中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式捺再，并且二者完全相同萌琉，使用CIN可獲得較高程序效率。CIN節(jié)點(diǎn)需要調(diào)用.lsb格式的文件糜隶，利用LabVIEW自帶的編譯工具CINTools可以將Visual C++源代碼編譯成CIN節(jié)點(diǎn)能夠識(shí)別的.lsb格式咧饭。

 

其他外購(gòu)模塊（攝像頭、通訊卡会激、電視卡等）的驅(qū)動(dòng)方法都用此方式進(jìn)行栏渺。

 

2．定位導(dǎo)航的界面

 

在外購(gòu)GPS裝置時(shí)附帶有電子地圖軟件呛梆，安裝并用LabVIEW鏈接后，在虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的主界面中點(diǎn)擊導(dǎo)航軟鍵磕诊，就可調(diào)用GPS導(dǎo)航界面填物。

 

（四）后視攝像和網(wǎng)絡(luò)通訊的實(shí)現(xiàn)

 

后視攝像和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊為外購(gòu)模塊，外購(gòu)模塊廠家都提供了C源代碼的驅(qū)動(dòng)程序霎终，我們所做的工作只需在LabVIEW環(huán)境中調(diào)用它并進(jìn)行軟件鏈接滞磺。

 

（五）影音娛樂(lè)的實(shí)現(xiàn)

 

影音娛樂(lè)部分包括電視和MP3。其中電視是外購(gòu)的TV模塊莱褒，其實(shí)現(xiàn)方法也與定位導(dǎo)航驅(qū)動(dòng)調(diào)用相似击困，而MP3是通過(guò)調(diào)用播放軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

 

（六）汽車黑匣子功能的實(shí)現(xiàn)

 

本虛擬數(shù)字式汽車儀表是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車行駛記錄儀—黑匣子的功能的广凸，這也是本系統(tǒng)與傳統(tǒng)儀表系統(tǒng)相比所具有的優(yōu)勢(shì)阅茶。

 

汽車黑匣子需要在發(fā)生危險(xiǎn)事故的最后一段時(shí)間內(nèi)，記錄車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)谅海、關(guān)鍵安全部件的動(dòng)作狀態(tài)以及駕駛員操作行為等數(shù)據(jù)信息脸哀。在事故處理階段，這些信息將用來(lái)部分或全部再現(xiàn)事故發(fā)生的過(guò)程胁赢，分析判斷事故產(chǎn)生的原因咧歪，這就需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和查詢。用LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器軟件可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)查詢的功能欠杀。

 

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：將采樣數(shù)據(jù)保存至文件厦湘，可以存為文本文件或者電子表格文件，也可以存為LabVIEW特有的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)記錄形式的文件讯策，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)記錄的文件只能在本系統(tǒng)中打開哺里。

 

數(shù)據(jù)查詢：讀取以前保存的數(shù)據(jù)記錄文件。

 

四购烹、結(jié)論

 

該虛擬數(shù)字式儀表經(jīng)過(guò)多次的實(shí)車測(cè)試骄鸽，證明此系統(tǒng)安全可靠，顯示數(shù)據(jù)在精度上能滿足實(shí)際行車需要底教。

 

綜上所述虛擬數(shù)字式汽車儀表的應(yīng)用铅粉，使儀表的讀數(shù)更加清晰和直觀、信息量更大扑澜、智能化程度更高蓄盘、功耗低及開發(fā)周期短，相對(duì)傳統(tǒng)的車載設(shè)備成本上有很大優(yōu)勢(shì)鹿响，因此具有廣泛的應(yīng)用前景羡微。當(dāng)然這一領(lǐng)域在我國(guó)尚處于起步階段，要成為真正實(shí)用階段還有很多工作要做惶我，但隨著技術(shù)的成熟妈倔，必將對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響博投。

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