整車電氣性能測試系統的研究

何筱榮

摘? ?要：整車電氣系統就是利用汽車三大部分構成系統的總稱，即用電設備和電源系統以及配電裝備與全車電路。驗證開發整車電氣系統的過程中，在整車環境下，為了使車載電子電氣系統運行可靠穩定，能夠將各自的功能實現，致使由于整車電路保護系統異常導致的線束燒蝕發生有效地降低，必須要測試驗證整車電氣系統性能。

關鍵詞：整車電氣性能? 測試系統? 總體方案

中圖分類號：U463.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（a）-0094-02

根據嵌入硬件CompactRIOT平臺和圖形化LabVIEW開發環境，將測試整車電氣性能的一套系統開發，該系統將分析處理數據和采集數據以及生成報告集為一體，既性能穩定和集成度高，又可靠性強和適應特殊復雜工作環境等[1]。并且，該系統智能化和自動化也非常強，對測試人員的能力和經驗以及數量的要求都比較低，從而使測試的時間縮短了，測試成本很大程度地降低了。

1? 設計整車電氣性能測試系統的總體方案

實施測試整車電氣系統性能，主要目的就是將整車信號分配特性和電源以及車載電器的特性獲取，對合理設計車輛線束系統和車輛電路保護系統的造型，以及電路保護系統和車輛線束系統保護短路和過流的能力是否具備，進行有效的驗證，將可靠的依據提供給車輛電源網絡優化成本和最小化電壓損失，將支持和數據基礎提供給后續改進系統[2]。

結合測試流程和試驗項目，將需要測量的信號整理出來，主要包括電流信號、電壓信號、CAN總線信號、靜態電流信號以及溫度信號。被測試量既數目多和分布廣，動態信號又多，測試系統自動化水平必須要高，才能夠使實時性和測試精度的要求得以滿足，并且主要測試參量實時顯示和觀測以及存儲和處理都應該實現。

結合以上的需要，對測試整車電氣系統由實施CRIO控制器、網絡通讀模塊、采集數據模塊、存儲數據模塊、上位機以及供電模塊六部分構成進行確定[3]。

2? 設計整車電氣性能測試的硬件系統

2.1 采集數據模塊

采集數據模塊選取NI C系列板卡I/O，主要包括電路轉換、隔離以及調理信號等功能，還可以與執行機構和工業傳感器等直接連接，從而使現場布線成本和測試空間需求很大程度地降低了。根據測試的需求，選擇采集板卡NI9221、NI9853、NI9227、NI9205以及NI9213，通過CompactRIO平臺，各個模塊之間互不影響，獨立進行工作，致使測試采集電流、電壓、溫度通訊總線信號等相關物理量工作得以滿足，并且將預留的插槽和端口設計了。

2.2 CRIO實時控制器

在整個測試系統中，控制器就是核心，本文將某公司的CompactRIOT-9068嵌入式系統選取，主要包括可重配置FPGA和實時控制器兩個部分。實時控制器包括工業級處理器667MHz雙核ARM Cortex-A9，對于LabVIEW的實時應用程序能夠準確且可靠地實施，同時，還能夠將實施進程跟蹤、控制速率、通訊外部設備以及存儲板載數據等相關功能都能夠提供;內嵌LX45 FPGA8槽可重置機箱，與各個I/O模塊能夠直接連接，對I/O電路既能夠高速地訪問，又能夠將定時和同步以及觸發等相關功能靈活地實現。內存512MB DDR3、非易失性存儲1GB、高速端口USB一個、千兆以太網端口兩個以及串行端口三個。

2.3 網絡通訊模塊

在CRIO機箱通訊和箱體內通過網線中，安裝Moxa AMK-3121，能夠將局域網構建，PC機與測試設備的信息交互能夠有效地實現，既具有可靠的讀寫性能和無線連接，又能夠使測試現場設備的布線成本和接線難度降低。

2.4 供電模塊

測試整車電氣性能的過程中，如果將220V電壓供電直接選取，雖然既能夠將設備體積縮小，又能夠使成本開發減小，但是，對于汽車和整個測試系統，都會有電磁干擾產生，致使測試整車電氣性能的精度受到嚴重地影響，所以，該系統只能利用電池進行供電。相對于其他硬件設備，電池壽命比較短，考慮到更換比較方便，設計主要選用可拆卸式的電池。該電池主要對PC機除外的整個測試系統進行供電。

2.5 存儲數據模塊

在CompactRIOT機箱上，USB接口1個，存儲設備FAT16和FAT32為支持格式，利用該接口與1個工業硬盤外接，作為存儲設備，主要應用在系統數據采集存儲和存儲相關信息。

3? 設計上位機PC程序

為了將開發整車電氣性能測試系統的周期縮短，利用LabVIEW2015測試系統LabVIEW Real-Time、NI-RIO、FPGA以及XNET工具包軟件對環境進行開發。開發軟件系統主要包括開發CRIO和上位PC程序兩個部分。系統設計按照結構化和模塊化編程的思想，合理科學地構架系統，既具有很強的擴展性，又能夠將代碼重用有效地實現，并且程序比較高的可維護性和可讀性都具備。

人機交互接口就是上位PC程序，因此，良好可視化界面必須要具備，既要形象和直觀，又要方便操作。啟動軟件以后，選擇功能，然后，進入到測試界面和設置界面。

4? 應用整車電氣性能測試系統

4.1 檢測電氣測試系統的性能

將精度比較高的模擬電子負載有效地應用，對實際電壓和電流以及溫度等相關信號進行模擬，采集主要應用設計的整車電車測試系統，運用對系統參數變化的分析，對系統的測量精度和穩定性進行檢測。

將5V電壓和20mA電流持續發送給整車電氣測試系統，并且在100℃環境中放置熱電偶;將系統初始時間、1h、2h以及4h，這四個時刻的測量值分別進行記錄。對各個參數值變化的情況進行觀察，并且將結果記錄下來。對測量電壓的精度進行計算為0.13%;測量電流的精度為0.15%，測量溫度的精度為0.24%，從測試的結果可以了解到，該測試系統不但測量的精度很高，而且穩定性也比較好。

4.2 實車試驗

開發整車電氣性能測試系統完成以后，將某款汽車車型作為例子，對于夏季38℃氣溫環境下，該車在市郊工況進行驗證。測試實車的要求，在夏季情況和普通市郊時， 實車運行情況：勻速73km/h，最高擋位;實車運行的時間40min記錄后20min數據;開啟用電器：背光燈、近（遠）光燈、后霧燈、收音機、雙閃、前和后雨刮、空調、室內燈以及冷卻風（高速）。

對發電機平均的發電電流測得為112.65A，發電機平均電壓測得為14.1064V，蓄電池平均充電電流測得為7.13A，蓄電池平均電壓測得為13.9271V，蓄電池左側平均溫度測得為60.46℃，發電機尾部平均溫度測得為64.99℃。

根據以上測試的數據可以了解到，測試的過程中，發電機對于該工況開啟的車載電器消耗的功率能夠有效地滿足，蓄電池能夠運用7.13A比較大的電流進行充電。在此工況狀態下，無論是蓄電池和車輛發電機，還是其他已經開啟的電器負載，對于動態平衡都能夠有效地滿足。

5? 結語

綜上所述，測試整車電氣性能，采集多通道數據和多信號都要涉及到，并且測試的工作環境也比較復雜和工況變化比較大，所以，必須要將一種穩定可靠且集成度高的調試系統開發。該文設計的整車電氣性能測試系統，既精度高和體積小，又性能穩定，對于現代測試整車電氣性能系統的需求能夠有效地滿足。

參考文獻

[1] 李苗苗，楊偉東，蔡永祥，等.整車電氣性能測試系統的研究[J].汽車技術，2018（2）：36-39.

[2] 楊國樑. 整車電氣系統性能測試技術研究[D].河北工業大學，2016.

[3] 楊愛華. 基于Labview的車載電子電氣系統測試平臺設計[D].河北工業大學，2013.