汽車儀表板電子測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱佼佼

(上海電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究所有限公司，智能化工程部，上海 200023)

0 引言

汽車儀表板總成在流水線安裝完成以后，將安裝到整車上。整車在裝配完成后，雖然可通過車輛電子診斷儀進(jìn)行診斷［1］。但若在總成流水線上經(jīng)過安裝其他零部件全部完成至下線后才發(fā)現(xiàn)儀表板總成故障再返修，其返修成本可能大于整車的裝配成本，會(huì)造成很大的浪費(fèi)。為防止將有故障的儀表板總成安裝到整車上，就必須要在安裝前就測試儀表板總成內(nèi)的各個(gè)電器功能。汽車儀表板電子測試系統(tǒng)是針對(duì)此項(xiàng)生產(chǎn)需求專項(xiàng)開發(fā)的測試裝置。

1 測試原理

1.1 基本原理

汽車儀表板電器一般由組合儀表指示燈、開關(guān)、連接橋、收音機(jī)和空調(diào)風(fēng)扇電器等幾個(gè)部分組成［2］。通過分析儀表板電器原理結(jié)構(gòu)，可以采用歐姆定律原理方法測量指示燈、開關(guān)、連接橋以及其他電器部件［3］。

圖1是測量儀表板內(nèi)的組合儀表的指示燈的方法。假設(shè)指示燈電流是0.1 A，經(jīng)過分流器(3 A/75 mV)得到2.5 mV電壓，經(jīng)過40倍電壓放大器放大就可得到0.1 V電壓，可送入A/D轉(zhuǎn)換器模塊。

圖1 指示燈的測量

圖2 是測量儀表板開關(guān)的方法。通過負(fù)載電阻測量開關(guān)的額定電流(不同的開關(guān)負(fù)載電阻是不同的)，經(jīng)過分流器(3 A/75 mV)可得到一個(gè)電壓值并送入電壓放大器放大。如果開關(guān)電流是1.2 A，從分流器得到電壓為30 mV。經(jīng)過40倍電壓放大器放大可變?yōu)?.2 V，可送入A/D轉(zhuǎn)換器模塊。

圖2 儀表板開關(guān)的測量

圖3 是測量儀表板電線連接橋的方法。通過增加一個(gè)模擬負(fù)載，該負(fù)載值根據(jù)連接橋的額定電流測算而設(shè)定，經(jīng)過分流器(3 A/75 mV)可得到一個(gè)電壓值并送入電壓放大器放大。如果電線連接橋電流是1.0 A，從分流器得到電壓為30 mV，經(jīng)過40倍電壓放大器放大是1.0 V，可送入A/D轉(zhuǎn)換器模塊。

圖4是測量儀表板內(nèi)電器的方法，通過分流器(10 A/75mV)可直接得到一個(gè)電壓并送入電壓放大器。假設(shè)電流是5 A，從分流器得到電壓為37.5 mV，經(jīng)過133.3倍電壓放大器后可放大至5 V，即可送入A/D轉(zhuǎn)換器模塊。

圖3 連接橋的測量

圖4 電器的測量

通過連接到汽車儀表板線束上的接插件將讀取的電壓值經(jīng)過放大處理后由PLC輸入模塊采集并存入變量中。通過邏輯設(shè)置電壓窗口判斷變量大小，將數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值作比較，即可判斷所測試對(duì)象的裝配是否可靠，功能是否正常。

1.2 實(shí)例分析

根據(jù)前節(jié)的分析可知，通過歐姆定律可對(duì)儀表板各設(shè)備進(jìn)行測試從而檢驗(yàn)儀表板的安裝可靠性。但對(duì)于裝配完畢的儀表板，由于尚未進(jìn)入總裝程序，無法使儀表板上的各設(shè)備，如空調(diào)，收音機(jī)，指示燈等進(jìn)行工作而測試。但只要分析車輛電氣圖紙，即可找出各設(shè)備的供電進(jìn)線具體點(diǎn)位。因此，通過測試系統(tǒng)為待測儀表板提供電源，即可使儀表板儀器形成回路，通過檢測相應(yīng)回路的電壓或電流，以及直觀檢測部分設(shè)備的運(yùn)行狀況，即可判斷儀表板裝配是否符合要求。

以上海通用汽車公司生產(chǎn)的某車型為例，經(jīng)過對(duì)此車型的儀表板電氣圖紙分析，可得出如下的測試項(xiàng)目方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)儀表板裝配的生產(chǎn)線特性并根據(jù)測試人員以及現(xiàn)場情況，可設(shè)計(jì)如下測試系統(tǒng)(見圖5)。

系統(tǒng)主要由接口部分、變送部分、控制部分以及上位機(jī)部分組成。

接口部分是可與儀表板線束接頭緊密接合的接插件，負(fù)責(zé)直接采集儀表板回路電流電壓數(shù)據(jù)并提供電源(見表1)。

變送部分負(fù)責(zé)將采集到的儀表板回路數(shù)據(jù)變送為可供PLC模塊采集的電信號(hào)。

控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，主要由PLC組成。負(fù)責(zé)采集變送后的電信號(hào)，上傳至上位軟件;并根據(jù)PLC內(nèi)編寫的程序進(jìn)行判斷，輸出控制信號(hào)，對(duì)整個(gè)測試流程進(jìn)行控制［4］。

表1 某車型測試方案

圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

上位機(jī)部分主要由工控機(jī)、服務(wù)器、人機(jī)界面以及控制軟件組成。此部分功能主要是將PLC上傳的數(shù)據(jù)通過顯示器直觀顯示給測試人員，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。人機(jī)界面還提供開放環(huán)境供管理人員對(duì)測試系統(tǒng)進(jìn)行各種設(shè)置，以擴(kuò)展可測試的車輛類型或更改測試參數(shù)值。

2.2 控制流程

系統(tǒng)整體通過PLC進(jìn)行測試的流程控制(見圖6)。當(dāng)測試人員按遙控器開始一臺(tái)儀表板的測試后，PLC按照既定程序開始首項(xiàng)測試項(xiàng)目，操作人員進(jìn)行相關(guān)器件操作。若測試項(xiàng)目為直觀檢測(如收音機(jī)是否正常工作)，測試人員在直觀檢測合格后手動(dòng)按遙控器按鈕進(jìn)入下一項(xiàng)測試。若測試項(xiàng)目為采集數(shù)據(jù)檢測(如空調(diào)回路電流值測定)，則系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)判斷采集數(shù)據(jù)是否在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)。若是，則進(jìn)入下一個(gè)項(xiàng)目，若不在范圍內(nèi)，則說明測試不合格，由測試人員進(jìn)行現(xiàn)場檢查維修，并重新測試。若仍不能通過，則此項(xiàng)目測試失敗，在最終本臺(tái)儀表板測試報(bào)告中將記錄下此項(xiàng)目的測試結(jié)果。

圖6 測試控制流程圖

3 難點(diǎn)分析與解決

本系統(tǒng)難點(diǎn)一是接插件的可靠性。

由于汽車儀表板裝配生產(chǎn)均為流水線操作形式，儀表板電子功能測試是以一道工序的形式存在流水線上，因此效率與可靠度對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說是最重要的指標(biāo)。接插件的質(zhì)量將直接影響到系統(tǒng)采集到的測試數(shù)據(jù)真實(shí)性。從本測試系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用來看，接插件的接觸不良問題占了系統(tǒng)使用初期故障發(fā)生問題的90%以上，因此接插件的可靠性成為了本系統(tǒng)的最大瓶頸。本系統(tǒng)通過使用快速成型等技術(shù)制作接插件，并改良原有接插件形式，將針腳改為彈簧頂針形式，有效降低了接插件故障的發(fā)生率。

本系統(tǒng)難點(diǎn)二在于汽車電子系統(tǒng)的激活。

隨著現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的汽車電子系統(tǒng)采用數(shù)字控制方式。尤其是高端車型，已基本將所有控制功能集中于車身控制模塊MCU上。而此類模塊目前僅僅通過簡單的電源接通已無法啟動(dòng)，必須同時(shí)通過CAN總線通訊方式激活才可進(jìn)入工作狀態(tài)［5］。因此對(duì)于本測試系統(tǒng)來說，在為儀表板中各器件提供電源的同時(shí)，必須同時(shí)增加通訊接口，預(yù)先設(shè)定激活指令以保證元器件正常開啟，從而采集回路數(shù)據(jù)或者啟動(dòng)部分設(shè)備以便測試系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)檢測。在最新的系統(tǒng)改進(jìn)中，本系統(tǒng)已嘗試通過第三方車輛診斷儀配合激活車身控制模塊，并通過函數(shù)調(diào)用方式將診斷儀功能集成到本測試系統(tǒng)中［6］，實(shí)現(xiàn)了高端車型電子測試的功能。

4 結(jié)束語

汽車儀表板電子測試系統(tǒng)的開發(fā)，解決了汽車儀表板裝配生產(chǎn)線出廠前的測試問題。通過使用測試系統(tǒng)，整車裝配時(shí)由于儀表板總成故障而返修的情況大大降低，相關(guān)生產(chǎn)鏈的生產(chǎn)商也因此節(jié)省了費(fèi)用開支。隨著汽車生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，除了汽車電子系統(tǒng)的激活問題外，汽車部件總成生產(chǎn)技術(shù)也在不斷變化，因此相適應(yīng)的電子測試系統(tǒng)也需要進(jìn)行不斷的完善和改進(jìn)，才能夠最大程度解決生產(chǎn)線上出現(xiàn)的新的難題。

［1］羅富坤.汽車故障診斷技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［2］李光耀.汽車內(nèi)飾件設(shè)計(jì)與制造工藝［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

［3］張應(yīng)龍.識(shí)讀汽車電路圖［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［4］廖常初.PLC編程及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［5］徐景波.汽車總線技術(shù)［M］.北京:中國人民大學(xué)出版社，2011.

［6］鄭阿奇.Visual C++網(wǎng)絡(luò)編程教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2013.