汽車(chē)尾流速度測(cè)量的虛擬儀器系統(tǒng)
2012-12-27
隨著高速公路的蓬勃發(fā)展，汽車(chē)車(chē)速不斷提高，汽車(chē)氣動(dòng)阻力對(duì)燃油消耗的影響日益凸現(xiàn)出來(lái)。氣動(dòng)阻力的85%是壓差阻力，同時(shí)壓差阻力91%來(lái)自汽車(chē)尾部（其值隨車(chē)身長(zhǎng)短不同而異）；而汽車(chē)尾流結(jié)構(gòu)對(duì)汽車(chē)空氣動(dòng)力特性具有決定性影響。為此，進(jìn)行汽車(chē)尾流速度測(cè)量，搞清尾流結(jié)構(gòu)進(jìn)而改善汽車(chē)空氣動(dòng)力特性對(duì)開(kāi)發(fā)低阻力汽車(chē)，降低汽車(chē)燃油消耗有重要意義[1]。
在進(jìn)行尾流試驗(yàn)研究過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的測(cè)試儀器是功能固定且封裝好的，專(zhuān)用于某項(xiàng)具體試驗(yàn)或任務(wù)，且價(jià)格昂貴。開(kāi)發(fā)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求非常高：要求掌握測(cè)試儀器底層硬件知識(shí)，必須有廣泛的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)，并能編寫(xiě)硬件的驅(qū)動(dòng)程序。從而導(dǎo)致了傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、靈活性很差。為了縮短速度測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，并方便以后用戶對(duì)其進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級(jí)，在熱線風(fēng)速計(jì)的基礎(chǔ)上，我們引入虛擬儀器的概念，為汽車(chē)尾流速度測(cè)量開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用的虛擬儀器系統(tǒng)。
該測(cè)速校準(zhǔn)系統(tǒng)能完成以下功能：
（1）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可設(shè)置信號(hào)增益放大倍數(shù)、采樣頻率、信號(hào)掃描次數(shù)、以及被測(cè)量信號(hào)的上限與下限等。在計(jì)算機(jī)不溢出的條件下可任意改變測(cè)量虛擬儀器的測(cè)量信號(hào)的范圍，這點(diǎn)是傳統(tǒng)測(cè)試儀器望塵莫及的。
（2）進(jìn)行環(huán)境變量初始化，包括大氣壓和溫度的初始化。通過(guò)給定的大氣壓和溫度等初始條件，系統(tǒng)還可算出試驗(yàn)當(dāng)時(shí)風(fēng)洞中空氣的密度與空氣濕度。
（3）進(jìn)行待測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)顯示，包括皮托管壓力差對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與熱線風(fēng)速儀的輸出電壓信號(hào)顯示。這些任務(wù)由虛擬儀器中的圖像指示器（Indicator）來(lái)完成，其功能與實(shí)際示波器相同。根據(jù)信號(hào)顯示我們可以知道待測(cè)信號(hào)的變化何時(shí)劇烈、何時(shí)穩(wěn)定，并根據(jù)需要進(jìn)行采樣控制。但是，示波器的顯示范圍很受限制，不如圖像指示計(jì)靈活。虛擬儀器中的圖像指示計(jì)的顯示范圍可根據(jù)需要進(jìn)行任意設(shè)置，條件是計(jì)算機(jī)不溢出。這也體現(xiàn)了虛擬儀器的靈活性，調(diào)整升級(jí)的方便性。
（1）針對(duì)傳統(tǒng)儀器的種種特點(diǎn)和弊端，在汽車(chē)風(fēng)洞中引入虛擬儀器的概念，開(kāi)發(fā)了基于熱線風(fēng)速計(jì)的、專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)尾流測(cè)速的虛擬儀器系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠方便地進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級(jí)。
（2）使用該虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行了某國(guó)產(chǎn)轎車(chē)的尾流測(cè)速試驗(yàn)研究，測(cè)試結(jié)果與我們以前的數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果均保持一致，證明了使用本虛擬儀器進(jìn)行汽車(chē)尾流測(cè)速是有效且可行的。
（3）應(yīng)用該虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行汽車(chē)尾流測(cè)速，進(jìn)而研究改善尾流結(jié)構(gòu)的措施，對(duì)提高汽車(chē)空氣動(dòng)力特性，開(kāi)發(fā)低阻力國(guó)產(chǎn)汽車(chē)，降低汽車(chē)燃油消耗有重要意義。
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在進(jìn)行尾流試驗(yàn)研究過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的測(cè)試儀器是功能固定且封裝好的，專(zhuān)用于某項(xiàng)具體試驗(yàn)或任務(wù)，且價(jià)格昂貴。開(kāi)發(fā)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求非常高：要求掌握測(cè)試儀器底層硬件知識(shí)，必須有廣泛的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)，并能編寫(xiě)硬件的驅(qū)動(dòng)程序。從而導(dǎo)致了傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、靈活性很差。為了縮短速度測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，并方便以后用戶對(duì)其進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級(jí)，在熱線風(fēng)速計(jì)的基礎(chǔ)上，我們引入虛擬儀器的概念，為汽車(chē)尾流速度測(cè)量開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用的虛擬儀器系統(tǒng)。
該測(cè)速校準(zhǔn)系統(tǒng)能完成以下功能：
（1）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可設(shè)置信號(hào)增益放大倍數(shù)、采樣頻率、信號(hào)掃描次數(shù)、以及被測(cè)量信號(hào)的上限與下限等。在計(jì)算機(jī)不溢出的條件下可任意改變測(cè)量虛擬儀器的測(cè)量信號(hào)的范圍，這點(diǎn)是傳統(tǒng)測(cè)試儀器望塵莫及的。
（2）進(jìn)行環(huán)境變量初始化，包括大氣壓和溫度的初始化。通過(guò)給定的大氣壓和溫度等初始條件，系統(tǒng)還可算出試驗(yàn)當(dāng)時(shí)風(fēng)洞中空氣的密度與空氣濕度。
（3）進(jìn)行待測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)顯示，包括皮托管壓力差對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與熱線風(fēng)速儀的輸出電壓信號(hào)顯示。這些任務(wù)由虛擬儀器中的圖像指示器（Indicator）來(lái)完成，其功能與實(shí)際示波器相同。根據(jù)信號(hào)顯示我們可以知道待測(cè)信號(hào)的變化何時(shí)劇烈、何時(shí)穩(wěn)定，并根據(jù)需要進(jìn)行采樣控制。但是，示波器的顯示范圍很受限制，不如圖像指示計(jì)靈活。虛擬儀器中的圖像指示計(jì)的顯示范圍可根據(jù)需要進(jìn)行任意設(shè)置，條件是計(jì)算機(jī)不溢出。這也體現(xiàn)了虛擬儀器的靈活性，調(diào)整升級(jí)的方便性。
（1）針對(duì)傳統(tǒng)儀器的種種特點(diǎn)和弊端，在汽車(chē)風(fēng)洞中引入虛擬儀器的概念，開(kāi)發(fā)了基于熱線風(fēng)速計(jì)的、專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)尾流測(cè)速的虛擬儀器系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠方便地進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級(jí)。
（2）使用該虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行了某國(guó)產(chǎn)轎車(chē)的尾流測(cè)速試驗(yàn)研究，測(cè)試結(jié)果與我們以前的數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果均保持一致，證明了使用本虛擬儀器進(jìn)行汽車(chē)尾流測(cè)速是有效且可行的。
（3）應(yīng)用該虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行汽車(chē)尾流測(cè)速，進(jìn)而研究改善尾流結(jié)構(gòu)的措施，對(duì)提高汽車(chē)空氣動(dòng)力特性，開(kāi)發(fā)低阻力國(guó)產(chǎn)汽車(chē)，降低汽車(chē)燃油消耗有重要意義。
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