車載電性能測試設備的設計方案及應用

余超，李雪輝（江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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車載電性能測試設備的設計方案及應用

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設計的重要環節。文章重點闡述了一種便攜式電性能測試設備的解決方案，并對其在汽車電性能測試中的應用進行說明。

關鍵詞：電性能測試；便攜式設備；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設計可靠性的重要手段，現已逐步應用于各汽車整車企業。電性能測試針對實車進行，一般分為三個系統：1、電源系統，包括電源分配測試、電平衡測試、靜態電流測試等；2、線束系統，包括CPT（回路保護測試）、線束損壞、溫度變化等；3、接地系統，包括接地電阻測試等[1]。

2、電性能測試對設備的要求

電性能測試的項目涵蓋較廣，傳統的電性能測試設備較為獨立，如萬用表及后來的示波器，均為單個的測試設備，沒有形成系統，測試起來比較復雜，且像示波器這種需要220V供電的設備在較多工況下不方便使用。實用的電性能測試設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、記錄、保存以及數據回放等功能；（4）攜帶方便，有內置電池，方便隨車測試。

3、方案設計

3.1方案概述

本方案硬件系統以NI-cRIO實時系統為核心（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，通過開發底層的FPGA 和RT程序實現電流/電壓采集、溫度采集、CAN/LIN總線信號采集，通道狀態指示控制和數據傳輸。上位機通過TCP/IP協議與測試系統通信，實現數據的顯示、分析、保存。為保證車輛動態測試的需要，設備內置可充電的鋰電池保證設備的持續供電。

3.2硬件系統結構

硬件結構主要組成部分如下圖4所示，包括：cRIO系統、供電模塊、鋰電池、電流傳感器板卡、調理電路板卡。

3.2.1NI cRIO系統

根據電性能測試項目對設備的需求，系統必須具備電壓信號、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　系統硬件結構示意

表1　

3.2.2靜態電流量程切換模塊

整車及控制器靜態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，本系統采用的靜態電流采集卡量程范圍為±5A，在靜態電流測試時，需要記錄整車在IGN=ON->OFF->系統休眠整個過程的電流，而在IGN=ON狀態下整車的系統電流較大，會超出靜態電流采集卡的量程，為能保證測試數據的完整性，本方案設計了靜態電流量程自動切換的功能，即當被測電流大于5A時，系統自動切換到大量程采集，保證數據記錄的完整性與連續性。

為了讓系統自動適應電流量程的切換，并保護小量程通道不被大電流沖擊，靜態采集設備中設計了量程自動切換電路，由FPGA直接驅動DO板卡實現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生瞬間開路現象，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。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

車載電性能測試設備與上位機采用千兆以太網連接，并通過TCP/IP協議進行數據交換，如圖4所示：

圖4　通訊方式

3.2.4供電模塊

為滿足實車動態測試需求，系統設置內置電池供電系統。供電系統主要由鋰電池、內置充電器、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備充分供電。

● 220V充電

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

3.3軟件方案

3.3.1軟件架構

圖5　軟件架構圖

為了保證控制的實時性、數據記錄的連續性和操作顯示的方便性，電性能測試系統采集設備軟件系統采用多平臺開發的方式。

3.3.2上位機程序

上位機程序主要實現硬件管理、數據采集、數據處理、數據保存、數據顯示及通信管理工作。

各功能模塊之間的關系如下所示。

圖6　模塊轉換關系

3.3.3進入界面

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

圖7　進入界面

3.3.4數據采集

數據采集主要實現對電流、電壓、溫度、CAN信號、LIN信號的采集。通過采集通道的設置，確定被采樣數據。采集過程中，數據會以圖和表的形式顯示在軟件界面中。如圖8所示：

圖8　數據采集界面

3.3.5數據管理

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

4、應用舉例

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

圖9　實車測試

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

圖10　數據監控界面

5、結論

該方案的具有設備便攜，上位機界面可配置，通道充足等優點，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。