虚拟仪器与硬件在环：第一讲

虚拟仪器与硬件在环第一讲主要内容本课程讲什么？什么是测试、测试技术与测试系统？汽车测试系统简介什么是传感器？汽车传感器简介测试系统与传感器发展趋势1.课程简介内容如下信号描述与分析常用传感器与信号调理虚拟仪器与信号采集硬件在环

测试系统电驱动系统测试装置基本特性汽车测试系统概述2.1什么是测试？测试是人类认识客观世界的手段和科学研究的基本方法。测试技术是测量和试验技术的统称：为了获得被测物理量的量值进行测量，获取有用的信息则需要试验。测试专门的仪器设备信号分析结果显示和处理合理的实验方法2.2为什么要测试？对产品质量和性能提供客观的评价；对生产技术的合理改进提供基础数据；对科学发现或技术发明提供必需的手段。2.3测试技术的任务(5方面)设备设计中，通过对新旧产品进行模型试验或现场实测，为产品质量和性能提供客观的评价，为技术参数的优化和效率的提高提供基础数据。设备改造中，为了挖掘设备的潜力，以便提高产量和质量，经常需要实测设备或零件的载荷、应力、工艺参数和电机参数，为设备强度校验和承载能力的提高提供依据。6在工作和生活环境的净化及监测中，测量振动和噪声的强度及频谱，分析找出振源，并采取相应的减振、防噪措施。科学规律的发现和新的定律、公式的诞生都离不开测试技术。从实验中可以发现规律，验证理论研究结果，实验与理论可以相互促进，共同发展。在工业自动化生产中，通过对工艺参数的测试和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。72.3测试技术的任务(5方面)8汽车试验是一种客观需要无论是新设计或是正在生产的汽车产品；也不论在设计制造上考虑得多么细致周密，都需经过科学而严格的试验。汽车试验的作用通过试验以检验产品设计、制造及结构的先进性、设计思想的正确性、制造工艺的合理性、使用维修的方便性、各总成部件的工作可靠性。汽车试验是汽车理论研究的基础汽车技术的高速发展及功能的不断扩充，使得许多理论问题的研究尚不够充分，不少设计问题无法根据现有理论来解释，而必须借用汽车试验。这是世界各大汽车公司特别重视汽车试验研究工作的重要原因。83.1为什么要做汽车测试？9汽车测试技术涉及试验与检测两个方面，试验主要针对产品研发设计与性能鉴定；而检测主要是针对产品质量监测及在用状态检测等诸多方面。汽车试验包括：探索性试验；新结构的原理试验；获取原始控制数据的标定试验；为产品、结构改进提供支持的功能试验；产品工艺的验证；整车及总成部件的可靠性、耐久性试验；产品质量控制试验等。

93.2汽车测试什么内容1汽车试验方法（1）试验内容不断增加：为了满足人们对汽车日益增加的各项要求，需要不断的增加试验项目和试验内容；汽车功能的扩展，各种新结构、新技术在汽车上的应用亦需要增加试验内容。

（2）试验方法不断更新：

汽车法规的日渐严格，需要更新试验方法；对汽车要求的日益提高，需要更新试验方法；试验技术的进步也会带来试验方法的变化。3.3汽车测试技术的现状112.汽车试验仪器设备

为了适应试验方法的变化，会需要更多更新的汽车试验用仪器设备；为了提高试验精度和降低试验成本，必须有功能更强、精度更好、效率更高的仪器设备源源不断地取代传统的、落后的设备。汽车试验用仪器设备发展的重要特征是：

1）自动化程度越来越高：现代汽车试验用仪器设备的开发，不仅包括仪器设备自身的结构和功能，而且还包括对被测对象进行操控的内容。对于这类仪器设备，不仅仪器设备自身的操作控制已完全实现了自动化，而且对于许多试验项目而言，试验中的车辆或总成部件也已由计算机自动操控。

113.3汽车测试技术的现状122)高精度、高效率

为了满足日益严格的汽车排放法规要求，最大限度地保护驾驶员及乘客地安全、尽可能地提高汽车的乘坐舒适性，继发动机采用电脑控制系统之后，汽车其它各大总成已逐渐开始采用电脑控制技术。电脑控制的依据除来自于各种不同传感器提供的汽车各总成部件工作状况的信息外，更主要的是，还需在实验室对电脑控制的汽车总成进行大量的试验，以采集电控所需的大量数据，只有这样才能保证电脑高精度地控制汽车各总成部件工作。这种在实验室采集控制所需信息的过程称为“标定”。123.3汽车测试技术的现状3.4以汽车驱动系统研发为例测功台架1818电动汽车研究中心测功室硬件在环Sense(A/D)Actuate(D/A)特点1：半实物；

特点2：物理（实物）系统与虚拟模型之间形成闭环。硬件在环测试系统构成扭矩仪虚拟样车工况数据库路面数据库驱动电机负载电机车型数据库电池组/BMS实时虚拟场景P(t),v(t),a(t)FL(t)thetaalphan(t)M(t)计算机系统电动汽车研究中心测功室GPIB电动汽车研究中心测功室22223.4以汽车驱动系统研发为例23虚拟环境再现在实验室再现各种试验环境。为了全面了解各种不同使用环境对汽车整车及零部件各项性能的影响，一些跨国汽车公司都建有可再现不同使用环境的实验室，如图1-5所示。233.4以汽车驱动系统研发为例24激励装置：有些信息需要通过激励装置作用于被测对象，使之产生有用信息载于其中。

传感器：传感器是测试系统中的第一个环节。将被测信息（速度、位移、电流、压力、温度、光照等）转换成某种电信号（通常是电压）的器件。

信号调理：将传感器微弱的信号进行放大或变换为容易传输和处理的形式。信号处理，对来自信号调理环节的信号进行各种运算和分析，如FFT。信号显示与记录4.1测试系统的一般组成4.2控制系统的一般组成指令误差控制律能量转换受控对象响应传感器反馈激励能量外界扰动

飞思卡尔智能车控制系统构成电驱动控制原理PWM（脉宽）调速控制是靠改变脉冲宽度来控制输出电压。PID控制晶闸管PWM宽度直流电机直流电压光电编码器实际转速期望转速反馈转速5.1与发动机控制有关的传感器1.进气流量传感器2.节气门位置传感器3.歧管压力传感器4.冷却液温度传感器5.排气氧传感器6.曲轴位置传感器7.凸轮轴位置传感器5.2汽车ESP控制传感器ESP系统由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的速度转动）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。当方向盘转向角度传感器检测到驾驶员的转向角度以后，就会通知ESP控制单元；与此同时，各个车轮转速传感器测得的车轮转速信息也会传递到ESP控制单元。ESP控制单元根据各个车轮的转速计算出车辆的实际运动轨迹。如果实际运动轨迹，跟理论运动轨迹有区别，或者检测出某个车轮打滑（丧失抓地力），ESP控制单元就会首先通知节气阀，减小开度（收油）。然后通知制动系统对某个车轮进行制动，来修正运动轨迹。当实际运动轨迹与理论运动轨迹（驾驶员意图）相一致时，ESP自动解除控制。5.3悬架控制传感器悬架控制能够自动调整悬架刚度、减振器阻尼及车身高度等。改善舒适性、操纵稳定性和行驶平顺性。载质量行驶速度悬架系统的刚度调节减振器阻尼力的大小调整车身身高路面条件电控悬架控制单元5.4车身传感器座椅压力传感器；安全带传感器；侧碰加速度传感器；正碰加速度传感器；门锁传感器；胎压传感器；……6.1什么是好的传感器？灵敏度大；线性度高；稳定性；可重复性；动态响应性（无滞后）；体积小、重量轻；抗干扰性强；适用性广泛，能在恶劣环境下工作；……1、传感器方面a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器。光纤流速传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器热/光电量6.2测量技术和传感器发展趋势35b)传感器+嵌入式计算机智能传感器