車載電性能測試設(shè)備的設(shè)計方案及應(yīng)用

余超，李雪輝（江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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車載電性能測試設(shè)備的設(shè)計方案及應(yīng)用

余超，李雪輝
（江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘要：汽車電性能測試是汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。文章重點闡述了一種便攜式電性能測試設(shè)備的解決方案，并對其在汽車電性能測試中的應(yīng)用進行說明。

關(guān)鍵詞：電性能測試；便攜式設(shè)備；信號采集

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U462.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-164-03

1、電性能測試

汽車電性能測試是驗證汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計可靠性的重要手段，現(xiàn)已逐步應(yīng)用于各汽車整車企業(yè)。電性能測試針對實車進行，一般分為三個系統(tǒng)：1、電源系統(tǒng)，包括電源分配測試、電平衡測試、靜態(tài)電流測試等；2、線束系統(tǒng)，包括CPT（回路保護測試）、線束損壞、溫度變化等；3、接地系統(tǒng)，包括接地電阻測試等[1]。

2、電性能測試對設(shè)備的要求

電性能測試的項目涵蓋較廣，傳統(tǒng)的電性能測試設(shè)備較為獨立，如萬用表及后來的示波器，均為單個的測試設(shè)備，沒有形成系統(tǒng)，測試起來比較復(fù)雜，且像示波器這種需要220V供電的設(shè)備在較多工況下不方便使用。實用的電性能測試設(shè)備必須具備以下特點：（1）合適的量程及采樣頻率；（2）足夠的采集通道，適用于多路測試同時進行；（3）豐富的上位機功能，如信號觸發(fā)、記錄、保存以及數(shù)據(jù)回放等功能；（4）攜帶方便，有內(nèi)置電池，方便隨車測試。

3、方案設(shè)計

3.1方案概述

本方案硬件系統(tǒng)以NI-cRIO實時系統(tǒng)為核心（美國國家儀器有限公司，National Instruments，簡稱NI），通過NI_C系列采集模塊組成采集和控制系統(tǒng)，通過開發(fā)底層的FPGA 和RT程序?qū)崿F(xiàn)電流/電壓采集、溫度采集、CAN/LIN總線信號采集，通道狀態(tài)指示控制和數(shù)據(jù)傳輸。上位機通過TCP/IP協(xié)議與測試系統(tǒng)通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、分析、保存。為保證車輛動態(tài)測試的需要，設(shè)備內(nèi)置可充電的鋰電池保證設(shè)備的持續(xù)供電。

3.2硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)主要組成部分如下圖4所示，包括：cRIO系統(tǒng)、供電模塊、鋰電池、電流傳感器板卡、調(diào)理電路板卡。

3.2.1NI cRIO系統(tǒng)

根據(jù)電性能測試項目對設(shè)備的需求，系統(tǒng)必須具備電壓信號、電流信號、溫度信號、CAN信號、LIN信號的采集能力。因此，在NI 除RIO系統(tǒng)中，需要具備處理器、板卡機箱、電壓采集模塊、電流采集模塊、模擬采集模塊、CAN/LIN采集模塊等，各模塊具體配置情況如表1。

圖1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意

表1　

3.2.2靜態(tài)電流量程切換模塊

整車及控制器靜態(tài)電流測試需要精度較高的采集卡，通常精度較高的采集卡量程比較小，本系統(tǒng)采用的靜態(tài)電流采集卡量程范圍為±5A，在靜態(tài)電流測試時，需要記錄整車在IGN=ON->OFF->系統(tǒng)休眠整個過程的電流，而在IGN=ON狀態(tài)下整車的系統(tǒng)電流較大，會超出靜態(tài)電流采集卡的量程，為能保證測試數(shù)據(jù)的完整性，本方案設(shè)計了靜態(tài)電流量程自動切換的功能，即當被測電流大于5A時，系統(tǒng)自動切換到大量程采集，保證數(shù)據(jù)記錄的完整性與連續(xù)性。

為了讓系統(tǒng)自動適應(yīng)電流量程的切換，并保護小量程通道不被大電流沖擊，靜態(tài)采集設(shè)備中設(shè)計了量程自動切換電路，由FPGA直接驅(qū)動DO板卡實現(xiàn)對不同通道繼電器的控制，使用FPGA可以確保切換的速度。通道切換的電路原理如圖2所示。

為了保證通道切換過程中不發(fā)生瞬間開路現(xiàn)象，需要在通道切換瞬間兩個通道的繼電器同時處于吸合狀態(tài)。電流切換的時序圖如圖3所示。

圖2　通道切換原理

圖3　電流切換時序

3.2.3通信接口

車載電性能測試設(shè)備與上位機采用千兆以太網(wǎng)連接，并通過TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，如圖4所示：

圖4　通訊方式

3.2.4供電模塊

為滿足實車動態(tài)測試需求，系統(tǒng)設(shè)置內(nèi)置電池供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)主要由鋰電池、內(nèi)置充電器、交流供電電路組成。

● 鋰電池

鋰電池采用14AH容量電池，其輸出電壓范圍13-15V，保證在脫離外接電源時為設(shè)備充分供電。

● 220V充電

車載電性能測試設(shè)備可通過220V交流充電線進行充電，當連接充電線后，系統(tǒng)會自動切換到交流供電模式，為電池進行充電，同時不影響設(shè)備正常工作。

3.3軟件方案

3.3.1軟件架構(gòu)

圖5　軟件架構(gòu)圖

為了保證控制的實時性、數(shù)據(jù)記錄的連續(xù)性和操作顯示的方便性，電性能測試系統(tǒng)采集設(shè)備軟件系統(tǒng)采用多平臺開發(fā)的方式。

3.3.2上位機程序

上位機程序主要實現(xiàn)硬件管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)顯示及通信管理工作。

各功能模塊之間的關(guān)系如下所示。

圖6　模塊轉(zhuǎn)換關(guān)系

3.3.3進入界面

進入界面可以根據(jù)測試內(nèi)容對系統(tǒng)和總線進行配置，如選擇DBC文件，配置測試環(huán)境（電平衡測試、電源分配測試、接地懸浮測試等工程環(huán)境）。圖7為系統(tǒng)進入界面示意圖。

圖7　進入界面

3.3.4數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集主要實現(xiàn)對電流、電壓、溫度、CAN信號、LIN信號的采集。通過采集通道的設(shè)置，確定被采樣數(shù)據(jù)。采集過程中，數(shù)據(jù)會以圖和表的形式顯示在軟件界面中。如圖8所示：

圖8　數(shù)據(jù)采集界面

3.3.5數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理是對采集數(shù)據(jù)進行回放分析的工具，通過數(shù)據(jù)管理軟件，用戶可以方便的查詢歷史數(shù)據(jù)及測試信息，可以對回放數(shù)據(jù)進行分析處理并打印報表或輸出電子表格等操作。

4、應(yīng)用舉例

以下以整車靜態(tài)電流測試為例，對設(shè)備使用進行說明。測量時首先選擇合適通道量程，將設(shè)備串聯(lián)至汽車蓄電池負極內(nèi)（如圖9），使得整車供電電流經(jīng)過該設(shè)備（若測量其他項目，需要車輛行駛，也可以將設(shè)備放在車內(nèi)）。

圖9　實車測試

接著，打開設(shè)備電源開關(guān)，與上位機WIFI連接，配置電流測量界面，打開對應(yīng)通道，此時上位機界面上會顯示電流值以及曲線。然后，操作整車，檢測網(wǎng)絡(luò)休眠，本地休眠等各個情況下的靜態(tài)電流值，如圖10：

圖10　數(shù)據(jù)監(jiān)控界面

5、結(jié)論

該方案的具有設(shè)備便攜，上位機界面可配置，通道充足等優(yōu)點，能夠滿足汽車電性能的測試需求。

參考文獻

[1]ISO16750-2,汽車電子電性能測試標準.

Project and Application of On-board Electrical Test Equipment

Yu Chao, Li Xuehui
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abstract:Auto electrical test is an important part of electrical system design.A kind of portable electrical test equipment is expounded here，andthe application of the equipment isintroduced.

Keywords:electrical test; portable equipment; signal collect

中圖分類號：U462.1

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-164-03

作者簡介：余超，就職于江淮汽車股份有限公司。