整車電氣性能測(cè)試系統(tǒng)的研究

何筱榮

摘? ?要：整車電氣系統(tǒng)就是利用汽車三大部分構(gòu)成系統(tǒng)的總稱，即用電設(shè)備和電源系統(tǒng)以及配電裝備與全車電路。驗(yàn)證開(kāi)發(fā)整車電氣系統(tǒng)的過(guò)程中，在整車環(huán)境下，為了使車載電子電氣系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，能夠?qū)⒏髯缘墓δ軐?shí)現(xiàn)，致使由于整車電路保護(hù)系統(tǒng)異常導(dǎo)致的線束燒蝕發(fā)生有效地降低，必須要測(cè)試驗(yàn)證整車電氣系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵詞：整車電氣性能? 測(cè)試系統(tǒng)? 總體方案

中圖分類號(hào)：U463.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（a）-0094-02

根據(jù)嵌入硬件CompactRIOT平臺(tái)和圖形化LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境，將測(cè)試整車電氣性能的一套系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)將分析處理數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)以及生成報(bào)告集為一體，既性能穩(wěn)定和集成度高，又可靠性強(qiáng)和適應(yīng)特殊復(fù)雜工作環(huán)境等[1]。并且，該系統(tǒng)智能化和自動(dòng)化也非常強(qiáng)，對(duì)測(cè)試人員的能力和經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)量的要求都比較低，從而使測(cè)試的時(shí)間縮短了，測(cè)試成本很大程度地降低了。

1? 設(shè)計(jì)整車電氣性能測(cè)試系統(tǒng)的總體方案

實(shí)施測(cè)試整車電氣系統(tǒng)性能，主要目的就是將整車信號(hào)分配特性和電源以及車載電器的特性獲取，對(duì)合理設(shè)計(jì)車輛線束系統(tǒng)和車輛電路保護(hù)系統(tǒng)的造型，以及電路保護(hù)系統(tǒng)和車輛線束系統(tǒng)保護(hù)短路和過(guò)流的能力是否具備，進(jìn)行有效的驗(yàn)證，將可靠的依據(jù)提供給車輛電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化成本和最小化電壓損失，將支持和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)提供給后續(xù)改進(jìn)系統(tǒng)[2]。

結(jié)合測(cè)試流程和試驗(yàn)項(xiàng)目，將需要測(cè)量的信號(hào)整理出來(lái)，主要包括電流信號(hào)、電壓信號(hào)、CAN總線信號(hào)、靜態(tài)電流信號(hào)以及溫度信號(hào)。被測(cè)試量既數(shù)目多和分布廣，動(dòng)態(tài)信號(hào)又多，測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)化水平必須要高，才能夠使實(shí)時(shí)性和測(cè)試精度的要求得以滿足，并且主要測(cè)試參量實(shí)時(shí)顯示和觀測(cè)以及存儲(chǔ)和處理都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)。

結(jié)合以上的需要，對(duì)測(cè)試整車電氣系統(tǒng)由實(shí)施CRIO控制器、網(wǎng)絡(luò)通讀模塊、采集數(shù)據(jù)模塊、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)模塊、上位機(jī)以及供電模塊六部分構(gòu)成進(jìn)行確定[3]。

2? 設(shè)計(jì)整車電氣性能測(cè)試的硬件系統(tǒng)

2.1 采集數(shù)據(jù)模塊

采集數(shù)據(jù)模塊選取NI C系列板卡I/O，主要包括電路轉(zhuǎn)換、隔離以及調(diào)理信號(hào)等功能，還可以與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和工業(yè)傳感器等直接連接，從而使現(xiàn)場(chǎng)布線成本和測(cè)試空間需求很大程度地降低了。根據(jù)測(cè)試的需求，選擇采集板卡NI9221、NI9853、NI9227、NI9205以及NI9213，通過(guò)CompactRIO平臺(tái)，各個(gè)模塊之間互不影響，獨(dú)立進(jìn)行工作，致使測(cè)試采集電流、電壓、溫度通訊總線信號(hào)等相關(guān)物理量工作得以滿足，并且將預(yù)留的插槽和端口設(shè)計(jì)了。

2.2 CRIO實(shí)時(shí)控制器

在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中，控制器就是核心，本文將某公司的CompactRIOT-9068嵌入式系統(tǒng)選取，主要包括可重配置FPGA和實(shí)時(shí)控制器兩個(gè)部分。實(shí)時(shí)控制器包括工業(yè)級(jí)處理器667MHz雙核ARM Cortex-A9，對(duì)于LabVIEW的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序能夠準(zhǔn)確且可靠地實(shí)施，同時(shí)，還能夠?qū)?shí)施進(jìn)程跟蹤、控制速率、通訊外部設(shè)備以及存儲(chǔ)板載數(shù)據(jù)等相關(guān)功能都能夠提供;內(nèi)嵌LX45 FPGA8槽可重置機(jī)箱，與各個(gè)I/O模塊能夠直接連接，對(duì)I/O電路既能夠高速地訪問(wèn)，又能夠?qū)⒍〞r(shí)和同步以及觸發(fā)等相關(guān)功能靈活地實(shí)現(xiàn)。內(nèi)存512MB DDR3、非易失性存儲(chǔ)1GB、高速端口USB一個(gè)、千兆以太網(wǎng)端口兩個(gè)以及串行端口三個(gè)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊

在CRIO機(jī)箱通訊和箱體內(nèi)通過(guò)網(wǎng)線中，安裝Moxa AMK-3121，能夠?qū)⒕钟蚓W(wǎng)構(gòu)建，PC機(jī)與測(cè)試設(shè)備的信息交互能夠有效地實(shí)現(xiàn)，既具有可靠的讀寫(xiě)性能和無(wú)線連接，又能夠使測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布線成本和接線難度降低。

2.4 供電模塊

測(cè)試整車電氣性能的過(guò)程中，如果將220V電壓供電直接選取，雖然既能夠?qū)⒃O(shè)備體積縮小，又能夠使成本開(kāi)發(fā)減小，但是，對(duì)于汽車和整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，都會(huì)有電磁干擾產(chǎn)生，致使測(cè)試整車電氣性能的精度受到嚴(yán)重地影響，所以，該系統(tǒng)只能利用電池進(jìn)行供電。相對(duì)于其他硬件設(shè)備，電池壽命比較短，考慮到更換比較方便，設(shè)計(jì)主要選用可拆卸式的電池。該電池主要對(duì)PC機(jī)除外的整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行供電。

2.5 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)模塊

在CompactRIOT機(jī)箱上，USB接口1個(gè)，存儲(chǔ)設(shè)備FAT16和FAT32為支持格式，利用該接口與1個(gè)工業(yè)硬盤(pán)外接，作為存儲(chǔ)設(shè)備，主要應(yīng)用在系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)和存儲(chǔ)相關(guān)信息。

3? 設(shè)計(jì)上位機(jī)PC程序

為了將開(kāi)發(fā)整車電氣性能測(cè)試系統(tǒng)的周期縮短，利用LabVIEW2015測(cè)試系統(tǒng)LabVIEW Real-Time、NI-RIO、FPGA以及XNET工具包軟件對(duì)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)主要包括開(kāi)發(fā)CRIO和上位PC程序兩個(gè)部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照結(jié)構(gòu)化和模塊化編程的思想，合理科學(xué)地構(gòu)架系統(tǒng)，既具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，又能夠?qū)⒋a重用有效地實(shí)現(xiàn)，并且程序比較高的可維護(hù)性和可讀性都具備。

人機(jī)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(dòng)軟件以后，選擇功能，然后，進(jìn)入到測(cè)試界面和設(shè)置界面。

4? 應(yīng)用整車電氣性能測(cè)試系統(tǒng)

4.1 檢測(cè)電氣測(cè)試系統(tǒng)的性能

將精度比較高的模擬電子負(fù)載有效地應(yīng)用，對(duì)實(shí)際電壓和電流以及溫度等相關(guān)信號(hào)進(jìn)行模擬，采集主要應(yīng)用設(shè)計(jì)的整車電車測(cè)試系統(tǒng)，運(yùn)用對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化的分析，對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)。

將5V電壓和20mA電流持續(xù)發(fā)送給整車電氣測(cè)試系統(tǒng)，并且在100℃環(huán)境中放置熱電偶;將系統(tǒng)初始時(shí)間、1h、2h以及4h，這四個(gè)時(shí)刻的測(cè)量值分別進(jìn)行記錄。對(duì)各個(gè)參數(shù)值變化的情況進(jìn)行觀察，并且將結(jié)果記錄下來(lái)。對(duì)測(cè)量電壓的精度進(jìn)行計(jì)算為0.13%;測(cè)量電流的精度為0.15%，測(cè)量溫度的精度為0.24%，從測(cè)試的結(jié)果可以了解到，該測(cè)試系統(tǒng)不但測(cè)量的精度很高，而且穩(wěn)定性也比較好。

4.2 實(shí)車試驗(yàn)

開(kāi)發(fā)整車電氣性能測(cè)試系統(tǒng)完成以后，將某款汽車車型作為例子，對(duì)于夏季38℃氣溫環(huán)境下，該車在市郊工況進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試實(shí)車的要求，在夏季情況和普通市郊時(shí)， 實(shí)車運(yùn)行情況：勻速73km/h，最高擋位;實(shí)車運(yùn)行的時(shí)間40min記錄后20min數(shù)據(jù);開(kāi)啟用電器：背光燈、近（遠(yuǎn)）光燈、后霧燈、收音機(jī)、雙閃、前和后雨刮、空調(diào)、室內(nèi)燈以及冷卻風(fēng)（高速）。

對(duì)發(fā)電機(jī)平均的發(fā)電電流測(cè)得為112.65A，發(fā)電機(jī)平均電壓測(cè)得為14.1064V，蓄電池平均充電電流測(cè)得為7.13A，蓄電池平均電壓測(cè)得為13.9271V，蓄電池左側(cè)平均溫度測(cè)得為60.46℃，發(fā)電機(jī)尾部平均溫度測(cè)得為64.99℃。

根據(jù)以上測(cè)試的數(shù)據(jù)可以了解到，測(cè)試的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)對(duì)于該工況開(kāi)啟的車載電器消耗的功率能夠有效地滿足，蓄電池能夠運(yùn)用7.13A比較大的電流進(jìn)行充電。在此工況狀態(tài)下，無(wú)論是蓄電池和車輛發(fā)電機(jī)，還是其他已經(jīng)開(kāi)啟的電器負(fù)載，對(duì)于動(dòng)態(tài)平衡都能夠有效地滿足。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，測(cè)試整車電氣性能，采集多通道數(shù)據(jù)和多信號(hào)都要涉及到，并且測(cè)試的工作環(huán)境也比較復(fù)雜和工況變化比較大，所以，必須要將一種穩(wěn)定可靠且集成度高的調(diào)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。該文設(shè)計(jì)的整車電氣性能測(cè)試系統(tǒng)，既精度高和體積小，又性能穩(wěn)定，對(duì)于現(xiàn)代測(cè)試整車電氣性能系統(tǒng)的需求能夠有效地滿足。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 楊國(guó)樑. 整車電氣系統(tǒng)性能測(cè)試技術(shù)研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2016.

[3] 楊愛(ài)華. 基于Labview的車載電子電氣系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)[D].河北工業(yè)大學(xué)，2013.