自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)關(guān)于汽車電子測(cè)試系統(tǒng)解決方案 一

一、前言

        隨著汽車中電子系統(tǒng)的增加，如何對(duì)高度機(jī)電一體化汽車系統(tǒng)進(jìn)行高效率的測(cè)試是中國(guó)測(cè)試工程師面臨的挑戰(zhàn)，作為本文針對(duì)汽車研發(fā)過(guò)程中所涉及到的各種測(cè)試問(wèn) 題，本方案介紹滿足發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)、振動(dòng)、環(huán)境影響、燃料電池效率和 CAN總線測(cè)試需要的完整解決方案。

        隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子技術(shù)被應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上。汽車也將由單純的機(jī)械產(chǎn)品向高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展。由 于實(shí)時(shí)駕駛信息系統(tǒng)及多媒體設(shè)備在汽車上普及，汽車更具個(gè)性化、通用性、安全性和舒適性。無(wú)線及移動(dòng)電腦技術(shù)迅速發(fā)展，即使獨(dú)自駕駛在陌生的土地上，也不 會(huì)覺(jué)得孤獨(dú)或迷失方向。汽車在人們的生活中不僅僅是代步工具，而逐步成為一種享受生活的方式。在汽車電子領(lǐng)域的研究成為汽車研發(fā)中最活躍的一部分，在這方面取得的成果，將在市場(chǎng)上取得更大的回報(bào)。

       本文針對(duì)汽車研發(fā)過(guò)程中所涉及到的發(fā)動(dòng)機(jī)分析、驅(qū)動(dòng)分析、振動(dòng)分析、環(huán)境影響、燃料電池效率分析、CAN總線分析等方面，介紹各種汽車電子自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)解決方案。

二、電動(dòng)汽車燃料電池的測(cè)試 

       對(duì)于從事汽車研發(fā)的工程師來(lái)說(shuō)，在測(cè)試中如下幾方面是影響測(cè)試效率和結(jié)果的重要因素：

     （一）各種高頻和低頻、高功率和低功率的電磁輻射干擾；

     （二）共模電圧、振動(dòng)、多變的環(huán)境；

　 （三）數(shù)據(jù)采集分析的可靠性；

　 （四）路試時(shí)儀器的供電及能耗；

　 （五）便于移動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)使用。

       通過(guò)和汽車生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)的測(cè)試工程師溝通，他們不斷改進(jìn)其產(chǎn)品，使其更適應(yīng)汽車研究發(fā)展的需要。譬如為了適應(yīng)電動(dòng)汽車燃料電池的研究需要，在DARWIN系列的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出 DAQMaster系列MX100。

       因?yàn)槊總€(gè)電池只輸出0.8-1.5VDC，為了輸出足夠的電力。燃料電池組一般由約一百個(gè)單片電池組成，特別是汽車應(yīng)用，電池組會(huì)由六百個(gè)單片電池構(gòu)成。電池電壓監(jiān)視（ CVM）系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試電池組結(jié)構(gòu)中每個(gè)單片電池的電壓可以檢測(cè)出有問(wèn)題的電池；分析現(xiàn)場(chǎng)或帶負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)的電池性能。

       檢測(cè)電池電壓 時(shí)使用差動(dòng)輸入。雖然單片電池的電壓不高，可是差動(dòng)輸入端子對(duì)測(cè)試儀表地端會(huì)產(chǎn)生幾百伏的電壓。這種電壓被稱為共模電壓。多數(shù)數(shù)據(jù)采集儀器（ DAQ）沒(méi)有絕緣，輸入電壓限制范圍一般是5伏或10伏。另外，非絕緣儀器經(jīng)常容易受接地環(huán)路的影響。為了克服燃料電池CVM系統(tǒng)中高共模電壓的問(wèn)題，要求高電壓絕緣。雖然可以使用外部信號(hào)變換器或緩存，為了在減小體積和間低成本的同時(shí)保證較高的信號(hào)分辨率和精度，現(xiàn)在許多的DAQ系統(tǒng)內(nèi)置緩存。

        DAQMaster可以提供最高水準(zhǔn)的通道對(duì)地，模塊間和通道間隔離。另外，它的模塊化結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)軟件使MX100很容易實(shí)現(xiàn)最多1200通道的電池電壓的監(jiān)視。

       同時(shí)實(shí)現(xiàn)高電壓絕緣和多通道的DAQ系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)難題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)數(shù)據(jù)采集儀器模塊使用單一A-D轉(zhuǎn)換器與前端倍增或掃描組合。高共模電壓信號(hào)在經(jīng)過(guò)絕緣變壓器和A-D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)絕緣和離散化之前一定要通過(guò)切換繼電器。

       MX100在掃描器中使用高耐壓固態(tài)半導(dǎo)體繼電器，實(shí)現(xiàn)了多通道輸入信號(hào)的切換，這種繼電器由高耐壓（1500VDC）、低漏電流（3nA）的 MOSFET（金屬氧半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）和電壓輸出的光電耦合器構(gòu)成，具有1秒周期內(nèi)10通道高速掃描、無(wú)觸點(diǎn)、長(zhǎng)壽命、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)。

       此外，其他使用電磁式繼電器提供絕緣的DAQ系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生切換時(shí)間，切換穩(wěn)定性，和日常維護(hù)的問(wèn)題。最后，MX100 DAQMaster 提供高性能的絕緣和4通道的同期采樣，因?yàn)?通道模塊每個(gè)通道的硬件采用互相獨(dú)立的硬件構(gòu)成。

       對(duì)于正確再現(xiàn)波形， 采樣率非常重要、高速采集可以得到正確數(shù)據(jù)。為此MX100 的最小測(cè)量周期10ms,并且一個(gè)系統(tǒng)中可以混合使用3 種測(cè)量周期，測(cè)量周期可以對(duì)每個(gè)模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)定。MX100支持最大容量2G Bytes的CF卡，當(dāng)通訊故障時(shí)開(kāi)始數(shù)據(jù)備份。當(dāng)通訊恢復(fù)正常時(shí)，重新自動(dòng)開(kāi)始向PC傳送數(shù)據(jù)。MX100針對(duì)燃料電池測(cè)試的高速/多通道/高耐壓/多周期的特點(diǎn)，幫助測(cè)試工程師提高了測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性。

三、CAN總線分析 

        在當(dāng)今汽車中廣泛采用了汽車總線技術(shù)。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復(fù)雜的電子設(shè)備、控制器、測(cè)量?jī)x器等提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換渠道。汽車上由電子控制單元（ ECU）控制的部件數(shù)量越來(lái)越多，例如電子燃油噴射裝置、怠速控制（ISC）、防抱死制動(dòng)裝置（ ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置、主動(dòng)懸架等。隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，車上的ECU數(shù)量越來(lái)越多。于是，一種新的概念--車上控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN的概念也就應(yīng)運(yùn)而生了。CAN最早是由德國(guó)BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線。

        隨著CAN總線的廣泛使用，在汽車的研發(fā)、生產(chǎn)、維修的各個(gè)環(huán)節(jié)上總線信號(hào)的測(cè)試與分析變得越來(lái)越重要，特別是噪音信號(hào)觀測(cè)與分析。

        由于電纜配線長(zhǎng)度、終端阻抗位置而引起的反射噪音等或由連接復(fù)數(shù)接點(diǎn)時(shí)超負(fù)荷LEVEL變動(dòng)等造成的異?，F(xiàn)象，可以利用 DL7400系列的CAN信號(hào)觸發(fā)，捕獲CAN總線信號(hào)并顯示其波形。根據(jù)CAN協(xié)議進(jìn)行的分析以列表的形式和波形信號(hào)顯示在一起。觸發(fā)條件能被設(shè)置成 CAN數(shù)據(jù)幀（ID, Data, RTR bits,等.）的字段或多字段。觸發(fā)在錯(cuò)誤幀時(shí)也能被激活?？稍跁r(shí)間軸上對(duì)捕獲的CAN總線波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，每幀的ID和數(shù)據(jù)以16進(jìn)制或二進(jìn)制符號(hào)顯示。