基于PXI系統的汽車電控類產品測試系統設計

霍淑珍（天津市職業大學，　天津　300402）

基于PXI系統的汽車電控類產品測試系統設計

霍淑珍
（天津市職業大學，天津300402）

汽車電控類產品實現了對汽車的數字化控制，被用于不同的汽車子系統中，如發動機控制系統，傳動控制系統，車身控制系統等。論文針對這類產品開發了適用于該類產品生產制造的測試系統，該系統以PXI系統為核心，能夠適用于不同電控類產品的生產測試中。在電控類產品的生產過程中對于產品質量提高起到非常重要作用。

PXI；測試系統；LabWindows CVI；汽車電子

0　引言

現代汽車各個子系統中廣泛使用了多種電子控制產品，各個產品功能不同，有著不同數量和種類的輸入輸出形式，輸入有開關量，模擬量，頻率信號等，輸出有線圈，電磁閥，電機等。汽車電子控制單元將各種輸入信號通過信號調理整形等處理進入CPU，通過控制算法計算，然后通過輸出電路控制系統執行規定的動作。根據其不同的應用場合，電路復雜程度不同，控制的目標也不相同，所需的測試系統的復雜程度也就有所區別。本文設計了基于PXI系統的自動化測試系統。該系統具有通用性，通過更換負載箱和夾具滿足不同負載，不同功能多種類產品自動化測試的要求。

1　系統硬件設計

該自動測試系統由硬件設計及軟件設計兩部分組成。在硬件設計上采用PXI產品提供所需的硬件資源進行控制及測量，考慮負載和輸入量的不確定性設計了可擴展的卡箱和可以安插在卡槽中的繼電器開關卡及矩陣開關卡。單個系統總共安裝5個卡箱，依次分別安裝PIN卡，源設備矩陣卡，測量設備矩陣卡，2A繼電器卡和10A繼電器卡。每個機箱可以安裝12塊卡，機箱的卡通過總線控制，每塊卡都有自己的片選信號線，公用控制總線和數據總線。機箱的控制通過PCI-DIO96進行控制。可以根據需要選擇卡的種類和數量。繼電器開關卡設計成10A和2A兩種規格。10A卡具有20條通道，總共可以有240路通道。2A卡具有48條通道，總共可以有576條通道。如果需要更大規格繼電器可以通過2A繼電器進行控制。通過采用定制的卡可以節省成本，避免使用昂貴的PXI型產品而且可以適應電控類單元輸出負載大的特點。通過繼電器開關卡實現產品負載接通與斷開，模擬各種故障狀態等。

矩陣開關在自動測試系統中占有重要的位置，具有信息交換中樞的作用。信號源、電源等激勵信號通過矩陣開關能夠自動切換到被測對象的任意輸入端口，相應的被測對象輸出端口的信號通過矩陣開關能夠自動切換到相應的測試儀器、儀表［1］。本系統中源設備矩陣卡與測量矩陣卡是同一種卡，只是連接有區別。源設備卡箱的每一塊卡的列線與產品的輸入端相連接同時與PIN卡通過接口相連接。PIN卡提供每個輸入信號的上拉下拉互相接通等操作，同時將信號引入到MIO6031E進行A/D測量。該卡模擬了產品輸入信號的上拉下拉操作，而A/ D測量能夠測試所連接管腳的電氣性能。對于電壓或頻率等輸入信號，通過源設備矩陣卡及卡箱槽中的儀表卡引入到相應的信號源。儀表卡安插在卡箱的第一槽中，行總線與卡箱背板的行總線相連接，12組列線可以使每個輸入端連接到最多12種儀器設備。源設備卡箱最多可以連接到352路產品的輸入端上。測量矩陣系統可以將測量儀器儀表等設備連接到產品輸出端或需要測量的任何地方。例如將萬用表NI4070引到某一輸出端進行電壓測量，還可以使用四線法進行電阻測量等。當電壓過高時，可以通過信號調理電路引入到測量儀表端。測量矩陣卡箱最多可以測量352路信號。所有硬件資源引出到易插拔的VPC連接器上，該連接器可以無限次插拔。待測產品的負載箱和產品連接用的夾具采用配套的VPC連接器實現快速更換，從而實現了不同產品的快速切換。系統各個單元的連接及結構示意圖如圖1所示。

圖1　系統結構Fig.1 System structure

1.1硬件配置及功能

（1）工控機。選擇工控機作為系統的主控制器，可以使得系統安插更多的資源，配置更為靈活。PCI插槽中安插PXI機箱通訊卡，8-Port多串口卡，兩塊PCI-DIO96卡和PCI-8152CAN 卡 。PCIDIO96是具有96通道的數字I/O卡，為系統設計的卡箱提供驅動并且查詢系統某些傳感器的狀態。系統可以通過多串口卡和CAN卡PCI-8512與產品進行通訊。

（2）PXI設備。基于PXI總線的測試技術代表了目前較先進的總線測試技術，其特點是高性能、體積小、低成本，適用于電子系統的組、部件測試［2～7］。系統采用NI PXI-8042型8-Slot機箱，采用如下硬件：

NI PXI-6115模塊具有4條采樣通道，每通道采樣率10 MS/s，16位垂直分辨率。2路12位模擬輸出，4 MS/s。該板卡輸入通道連接到測量設備卡槽的儀表卡上，輸出連接到源設備卡箱的儀表卡上。使用該卡能夠測試電子單元輸出的波形，并且為頻率信號提供輸入。

NI PXI-4070為高性能的數字萬用表，61/2位測量精度下，測量速度為100 S/s。該設備提供了對電子單元的電壓、電流和電阻等多種信號的測量能力。

NI PXI-MIO6031E具有64路單端或32路差分型的A/D轉化器，分辨率為16bits。在本系統中和PIN卡的每一路相連接，共192路，對電子單元連接到信號源列線的輸入進行A/D測量。

（3）臺式設備。臺式設備包括可編程電源N6700和其他非PXI型設備。臺式設備使用GPIB進行通訊控制。

1.2繼電器和矩陣卡結構

繼電器開關卡和矩陣卡是本系統的核心，滿足了系統靈活配置的要求。在這里以矩陣卡為例介紹本系統的開關卡，其它卡的驅動及控制方式類似，只是繼電器拓撲結構不同。系統設計了總線結構，同一卡箱內的板卡共享總線，滿足該總線結構的開關單元插入到該總線上，共享總線，一條總線由PCI DIO96的一組I/O進行驅動，原理上不同類型的卡可以插入到同一卡箱中。總線上的數據通過緩沖器MC74HC541ADW進入板卡，然后進入鎖存器MC74HC273ADW。鎖存器的數量根據驅動繼電器的數量不同而不同，在矩陣開關卡中有八片鎖存器。鎖存器的CLK端通過與門MC74HC32AD的輸出控制。與門的輸入由板卡的片選信號和MC74HC138AD譯碼器的輸出控制。當某個鎖存器有效，鎖存器的輸出驅動八路Mosfet，通過Mosfet驅動繼電器動作。背板總線的控制總線包括板卡的片選信號和板卡鎖存器的選擇信號以及鎖存器的復位信號等。矩陣開關卡的結構如圖2所示。

圖2　板卡結構Fig.2 Cards Structure

2　系統軟件設計

系統采用Lab windows CVI編寫控制系統的應用軟件。Lab Windows CVI是NI公司推出的虛擬儀器軟件開發工具［8］。軟件包括用戶界面、儀器設備控制及驅動、測試項目、數據存儲、路徑控制等幾個部分。交互界面提供了系統的統一的人機交互接口。數據存儲模塊將數據存儲到硬盤或者數據庫中。路徑控制模塊向CAM服務器查詢產品生產流程控制信息。軟件組成如圖3所示。具體測試項目的開發需要系統軟件和產品內部測試軟件共同配合，完成整個產品的質量測試。產品內部測試軟件是獨立于產品應用軟件專門為工廠測試而開發的。實際應用中可以以多種方式讓產品進入測試模式也可以當產品測試完成后擦除測試軟件，重新刷寫產品的應用軟件。

圖3　軟件組成Fig.3 Software structure

2.1程序流程

系統啟動時，首先讀取系統的INI配置文件，該文件包括SPC，數據存儲，產品型號以及對應的限值文件，線程配置等信息。然后初始化各個儀器設備，如果設備正常，則根據系統設置情況，啟動系統的每個測試線程。系統為多線程模式，可以有一個線程或多個線程。每個線程有自己的交互面板，用于顯示該線程的當前型號，測試模式，當前狀態，測試項目等信息。線程啟動后在主窗口內顯示各個線程的界面。每個線程對應一個產品，所以在具體項目設計時，要確定線程及所測產品數量并且分配好硬件資源。每個線程啟動后，不斷地查詢產品是否開始測試的信號，當被觸發后，開始產品測試序列進行產品測試，顯示并判斷系統的每一個項目的測量結果，根據設置情況系統選擇遇到失敗項目后是否進行下面的測試內容，如果選擇為停止測試，系統則顯示失敗項目并且停止測試，如果選擇不停止，則系統繼續測試直到所有項目完成。測試項目完成后，顯示產品的測量結果。并將測試結果傳入到數據庫中。軟件流程如圖4所示。

圖4　程序流程Fig.4 Program flow

2.2測試項目

測試項目的實現在DLL動態鏈接庫中。系統啟動時，加載動態鏈接庫DLL。開發人員可以只編寫動態鏈接庫文件實現二次開發，不用考慮其它部分的實現工作。

測試項目DLL文件實現了電子單元要求的所有測試項目。在測試項目DLL中調用儀器設備的驅動函數，來實現對所用儀器設備的控制，產生需要的激勵信號，或者對于需要測量的量進行測量。在編寫DLL代碼時，需要控制某設備，首先將該設備的驅動程序庫加入到軟件的工程項目中。然后，在儀器初始化函數中將所有用到的儀器進行初始化，得到該儀器設備的驅動句柄，這樣就可以實現對儀器的控制，設置或讀取所需的信息。

例如對電源的初始化的操作如下：

agN67xx_init（"USB0：2391：2311：MY43016809：0：：INSTR"，VI_FALSE，VI_TRUE，&ag_6700）；

該函數根據第一個參數所提供的儀器設備在系統內的名稱得到該儀器設備的操作句柄，并將其存放在變量ag_6700內。對于該儀器設備的操作如下：

gN67xx_outputVoltCurr（ag_6700，2，46，0.5）；

agN67xx_setOutputEnabled（ag_6700，2，1）；

第一個函數設置電源二通道的電壓值為46伏，電流限壓值為0.5安。第二個函數將電源的輸出設為使能狀態。

針對所設計的板卡系統，系統開發了驅動函數例如對于繼電器控制卡，其驅動代碼如下：

RlyCnt（"68"，ON）；RlyCnt（"68"，OFF）；

該函數將設置68號繼電器的開關狀態。

對于開關陣列卡的驅動函數如下：

RlySetScan（21，1，INST_DMMV，NO_INST，NO_SCAN，NO_INST，NO_INST，NO_SCAN，NO_SCAN，NO_INST，NO_ INST，NO_SCAN，NO_INST，NO_INST）；

該函數設置了將列線21和列線1連接到萬用表1的正負兩端。后面的參數可以設定是否連接到其他儀器設備。如果將21和1顛倒位置，則將1連接到萬用表的正端，21連接到萬用表的負端。

有了儀器的控制和開關動作的驅動后可以較容易的實現測試項目的要求。例測量如產品的某一管腳開路狀態下的電壓值，測試代碼實現如下：

RlySetScan（15，1，INST_DMMV，NO_INST，NO_SCAN，NO_INST，NO_INST，NO_SCAN，NO_SCAN，NO_INST，

NO_INST，NO_SCAN，NO_INST，NO_INST）；

Sleep（100）；

DmmGetMeas（&dwResult， DMM_SAMPLE_1，DMM_TIMEOUT_1s，DMM_ARM_IMM）；

CheckLimits（CurrentState，TestInfo，dwResult）；

首先現將萬用表的兩端連接到該管腳和產品的地上，然后等待100毫秒的電氣穩定時間，測量兩端的電壓值。

當所有測試項目完成后或者遇到失敗項目且不要求繼續測試的情況下，系統根據設置將結果存儲進數據庫或者硬盤上記錄測試結果。

3　結論

系統完成后，首先進行單產品1000次循環測試，系統MSA及CPK分析，性能測試結果參考文獻：

滿足Gage R&R＜10%，CPK＞1.67等TS2審核要求。在正式產品生產過程中，實踐證明該系統可靠性強，可擴展性好，能夠滿足不同種類的電子單元測試指標的需要。

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Test System Design for Electric Control Units of Vehicles Based on PXI System

HUO Shu-Zhen
（Tianjin Vocational Institute，Tianjin 300402，China）

Digital control technology is very important parts in vehicle control by using electronic control units such as engine control，transmission control and body control.In this paper，the testing system which is suitable for mass production quality control is introduced.The system is based on PXI system and can be configured to use in different products and is proved to be efficient in control the product quality.

PXI；test system；Labwindows CVI；vehicle electronic

TB47

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.040

1002-6673（2015）05-107-04

2015-03-15

霍淑珍（1976-），女，副教授。研究方向：電機控制，自動檢測，控制理論。