一種新型電動(dòng)汽車整車控制器快速檢測(cè)方案

陳志銘，李 麗，高福建

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建 廈門 361000）

新能源汽車作為一種綠色的運(yùn)輸工具在環(huán)保、節(jié)能以及駕駛性能等方面具有諸多內(nèi)燃機(jī)汽車無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，其是由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，主要包括電池、電機(jī)、制動(dòng)等動(dòng)力系統(tǒng)以及其它附件。各子系統(tǒng)幾乎都通過自己的控制單元ECU來完成各自功能和目標(biāo)。為了滿足整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性的目標(biāo)，一方面必須具有智能化的人車交互接口，另一方面各系統(tǒng)還必須彼此協(xié)作通信，這項(xiàng)任務(wù)需要由控制系統(tǒng)中的整車控制器來完成。

VCU是實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元，整車控制器的開發(fā)包括軟、硬件設(shè)計(jì)。品質(zhì)檢驗(yàn)就分為軟件品質(zhì)檢驗(yàn)和硬件品質(zhì)檢驗(yàn)。軟件品質(zhì)主要為設(shè)計(jì)開發(fā)階段對(duì)產(chǎn)品的考慮，一旦產(chǎn)品軟件程序定型，在后期使用中因軟件不良引起的品質(zhì)問題頻次少。批量成熟產(chǎn)品影響VCU品質(zhì)穩(wěn)定的主要是硬件制作品質(zhì)，對(duì)此，專業(yè)開發(fā)了一款VCU快速檢驗(yàn)設(shè)備，高效檢驗(yàn)出硬件品質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。

1 VCU快速檢驗(yàn)設(shè)備功能描述

VCU快速檢驗(yàn)設(shè)備用于對(duì)VCU進(jìn)行來料測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)與被測(cè)件的CAN通信、高電平輸入、低電平輸入、DA輸出、PWM輸入、高邊驅(qū)動(dòng)及低邊驅(qū)動(dòng)檢測(cè)等功能。

整車控制器VCU便攜式檢測(cè)系統(tǒng)主要用于品管檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)來料整車控制器VCU檢測(cè)，系統(tǒng)通過接插件與控制器接口相連接，用切換板切換不同的信號(hào)，可以檢測(cè)接口引腳的狀態(tài)，也可以通過發(fā)送報(bào)文控制指令，判定繼電器的狀態(tài)。經(jīng)過兩種功能測(cè)試后，測(cè)試數(shù)據(jù)通過無線通信模塊將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程管理工作站中，工作站的軟件系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)判定檢測(cè)結(jié)果，并在便攜檢測(cè)系統(tǒng)上直觀展示，最終這些檢測(cè)記錄都會(huì)存儲(chǔ)在工作站的數(shù)據(jù)庫中，支持查詢和統(tǒng)計(jì)，具體的檢測(cè)流程如圖1所示。

產(chǎn)品特點(diǎn)：①檢驗(yàn)快速，即插即檢；②設(shè)備便攜，可隨機(jī)帶到任何場(chǎng)所進(jìn)行測(cè)量；③設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留了通用接口，可以根據(jù)產(chǎn)品升級(jí)需求，增加或變更測(cè)試內(nèi)容，適用產(chǎn)品多樣化。

圖1 檢測(cè)流程圖

2 快檢設(shè)備硬件系統(tǒng)組成

如圖2所示，測(cè)試系統(tǒng)主要由硬件控制板 （核心控制板）、藍(lán)牙通信模塊組成；采用電池供電，通過藍(lán)牙，與平板電腦進(jìn)行交互。通過4G網(wǎng)絡(luò)及透?jìng)髂K將數(shù)據(jù)上傳至主機(jī)。

1） 核心控制板如圖3所示，控制板包括MCU、CAN收發(fā)器、數(shù)字量輸出、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、模擬負(fù)載、藍(lán)牙及電源管理等部分。其中，MCU作為核心芯片，與核心控制板上的各個(gè)部分進(jìn)行交互；CAN收發(fā)器負(fù)責(zé)被測(cè)VCU通信；DA/三態(tài)輸出/高有效輸出/低有效輸出/負(fù)載模擬/PWM輸入通道均按照被測(cè)件實(shí)際通道配置的1/3-1/2進(jìn)行配置，同時(shí)這些通道可通過多路開關(guān)進(jìn)行切換，以實(shí)現(xiàn)所有被測(cè)通道的遍歷。

圖2 設(shè)備組成

圖3 控制板

2） 電池采用鋰離子電池，容量為16Ah，電壓為24V，如圖4所示。電池單元包括保護(hù)板 （過充、過放、短路、過流、溫度包含）、充電器 （配置于機(jī)箱外部）、電量監(jiān)測(cè)單元 （通過RS-485與核心控制板通信） 等組件。

3） 平板電腦具備防水、防塵、防摔等三防特性，可在各種惡劣環(huán)境下工作，預(yù)裝正版win10操作系統(tǒng)，內(nèi)置10.1寸IPS高清顯示屏，支持多點(diǎn)觸控，操作簡(jiǎn)單快捷，陽光下屏幕清晰可見，搭載x86四核處理器，運(yùn)行速度快，如圖5所示。平板電腦通過藍(lán)牙接口，與核心控制板進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，用于控制測(cè)試程序啟動(dòng)、停止、測(cè)試結(jié)果接收等。

4） 系統(tǒng)外觀如圖6所示，測(cè)試系統(tǒng)集成于一個(gè)便攜式箱內(nèi)，操作面板上帶有電源開關(guān)、指示燈，充電口、與被測(cè)件的連接器、工具放置槽等。其中，與被測(cè)件的連接器采用HARTING 108pin工業(yè)連接器，具有插拔壽命長、允許電流大等特點(diǎn)。

圖4 鋰離子電池

圖5 平板電腦

圖6 系統(tǒng)外觀

3 快檢設(shè)備軟件

3.1 平板電腦軟件

運(yùn)行于平板電腦上的軟件用于和核心控制板進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時(shí)將測(cè)試數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳至PC端，如圖7所示。軟件界面中包括了用戶登錄、測(cè)試文件選擇、上下限、測(cè)試啟停、系統(tǒng)設(shè)置以及當(dāng)前測(cè)試狀態(tài)和結(jié)果等要素。軟件采用National Instruments LabVIEW進(jìn)行開發(fā)，提交給最終用戶的是安裝包和可執(zhí)行文件。

圖7 軟件界面

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)方式

VCU測(cè)試設(shè)備，主控采用模塊MC9S12ZVC實(shí)現(xiàn)，該產(chǎn)品線集成了電池級(jí) （12V） 電壓調(diào)節(jié)器、供電電壓監(jiān)測(cè)、高壓輸入以及 CAN物理接口。它主要針對(duì)CAN節(jié)點(diǎn)，比如傳感器、開關(guān)面板或者小型執(zhí)行器等。它提供多種低功耗模式和喚醒管理功能，以滿足最新的功耗要求。

MC9S12ZVC系列中的某些產(chǎn)品也用于要求 AEC-Q100 0 級(jí) （環(huán)境工作溫度范圍-40~+150℃） 的高溫應(yīng)用。MC9S12ZVC系列以增強(qiáng)的性能和線性地址空間S12Z內(nèi)核為基礎(chǔ)，提供一套優(yōu)化解決方案，將多個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)組件集成到單個(gè)設(shè)備，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并能有效地節(jié)約空間。

VCU測(cè)試設(shè)備和平板操作網(wǎng)絡(luò)模塊采用藍(lán)牙2.4GHz的短距離無線傳輸實(shí)現(xiàn)。平端與主藍(lán)牙模塊、單片機(jī)與從藍(lán)牙模塊之間都是串行通信，波特率為57600b/s。主、從藍(lán)牙模塊的初始化過程大致相同，通過串行通信順序發(fā)送如下 10 條指 令 ：Reset；Read Buffer Size；Clear：Set Event Filter；Write Scan Enable；Write Authentication Enable；Write Voice Setting；Set Event Filter；Write Connection Accept Timeout；Write Page Timeout；Read BD ADDR。

藍(lán)牙模塊接收指令后返回相應(yīng)的指令執(zhí)行狀態(tài)，處理器判斷返回的指令狀態(tài)，確定無誤之后才能發(fā)送下一條指令；否則，當(dāng)前指令必須重新發(fā)送。和VCU設(shè)備的交互CAN報(bào)文通過藍(lán)牙模塊轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)。通信開始時(shí)，平板端發(fā)送喚醒報(bào)文到設(shè)備（“AA01A14C”），設(shè)備采用同樣報(bào)文進(jìn)行確認(rèn)后，雙方開始正常通信。藍(lán)牙通信流程如圖8所示。

圖8 藍(lán)牙通信流程

4 工作流程

1） 將VCU 通過過渡線、24V電源接口、CAN接口連接在一起并接到電腦上，使用專業(yè)刷程序的程序，對(duì)VCU刷測(cè)試程序，此程序可以兼容整車使用程序，如圖9所示。

圖9 刷測(cè)試程序

2） 程序刷完以后，通過測(cè)試線束連接到移動(dòng)測(cè)試設(shè)備上，如圖10所示，然后打開移動(dòng)測(cè)試平板電腦，平板電腦與測(cè)試設(shè)備之間通過藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。選擇測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)后，逐一對(duì)各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試。

3） 測(cè)試完成后，平板電腦通過網(wǎng)絡(luò)連接將測(cè)試數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳遞至工控機(jī)端進(jìn)行存檔，以便后續(xù)查閱。

圖10 檢驗(yàn)連接圖

5 測(cè)量結(jié)果分析

在正常工作環(huán)境下對(duì)整車控制器的各個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，系統(tǒng)測(cè)試時(shí)自動(dòng)與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，直接顯示測(cè)量數(shù)值及合格與否的結(jié)論，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)總共分以下兩個(gè)方面。

1） 移動(dòng)測(cè)試端的測(cè)試結(jié)果顯示 （表1），當(dāng)產(chǎn)品不合格時(shí)，在移動(dòng)測(cè)試端直接顯示不良的數(shù)據(jù)對(duì)比信息。

表1 移動(dòng)測(cè)試端測(cè)試數(shù)據(jù)顯示表格

2） 工控機(jī)端測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，此頁面顯示會(huì)將所有的測(cè)試項(xiàng)目分欄顯示完全，同時(shí)具有存儲(chǔ)功能，以方便后續(xù)進(jìn)行核查，見表2。

表2 工控機(jī)端測(cè)試數(shù)據(jù)顯示表格

6 結(jié)語

本文研究了新能源車輛VCU控制器的開發(fā)原理及工作原理，介紹了一種控制器硬件功能測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，對(duì)VCU的輸出信號(hào)，輸出穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)量分析。減少硬件不良，導(dǎo)致不良品流入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，有效提高了生產(chǎn)效率及品質(zhì)保證。