整車電氣性能測試系統(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)證開發(fā)整車電氣系統(tǒng)的過程中，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，必須要測試驗(yàn)證整車電氣系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵詞：整車電氣性能? 測試系統(tǒng)? 總體方案

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

根據(jù)嵌入硬件CompactRIOT平臺和圖形化LabVIEW開發(fā)環(huán)境，將測試整車電氣性能的一套系統(tǒng)開發(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)智能化和自動化也非常強(qiáng)，對測試人員的能力和經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)量的要求都比較低，從而使測試的時間縮短了，測試成本很大程度地降低了。

1? 設(shè)計(jì)整車電氣性能測試系統(tǒng)的總體方案

實(shí)施測試整車電氣系統(tǒng)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(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)合測試流程和試驗(yàn)項(xiàng)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(tài)電流信號以及溫度信號。被測試量既數(shù)目多和分布廣，動態(tài)信號又多，測試系統(tǒng)自動化水平必須要高，才能夠使實(shí)時性和測試精度的要求得以滿足，并且主要測試參量實(shí)時顯示和觀測以及存儲和處理都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)。

結(jié)合以上的需要，對測試整車電氣系統(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)場布線成本和測試空間需求很大程度地降低了。根據(jù)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(dú)立進(jìn)行工作，致使測試采集電流、電壓、溫度通訊總線信號等相關(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)時控制器

在整個測試系統(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)時控制器兩個部分。實(shí)時控制器包括工業(yè)級處理器667MHz雙核ARM Cortex-A9，對于LabVIEW的實(shí)時應(yīng)用程序能夠準(zhǔn)確且可靠地實(shí)施，同時，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?qū)⒍〞r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1GB、高速端口USB一個、千兆以太網(wǎng)端口兩個以及串行端口三個。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊

在CRIO機(jī)箱通訊和箱體內(nèi)通過網(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)，既具有可靠的讀寫性能和無線連接，又能夠使測試現(xiàn)場設(shè)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?qū)⒃O(shè)備體積縮小，又能夠使成本開發(fā)減小，但是，對于汽車和整個測試系統(tǒng)，都會有電磁干擾產(chǎn)生，致使測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PC機(jī)除外的整個測試系統(tǒng)進(jìn)行供電。

2.5 存儲數(shù)據(jù)模塊

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

3? 設(shè)計(jì)上位機(jī)PC程序

為了將開發(fā)整車電氣性能測試系統(tǒng)的周期縮短，利用LabVIEW2015測試系統(tǒng)LabVIEW Real-Time、NI-RIO、FPGA以及XNET工具包軟件對環(huán)境進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)軟件系統(tǒng)主要包括開發(fā)CRIO和上位PC程序兩個部分。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。啟動軟件以后，選擇功能，然后，進(jìn)入到測試界面和設(shè)置界面。

4? 應(yīng)用整車電氣性能測試系統(tǒng)

4.1 檢測電氣測試系統(tǒng)的性能

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

將5V電壓和20mA電流持續(xù)發(fā)送給整車電氣測試系統(tǒng)，并且在100℃環(huán)境中放置熱電偶;將系統(tǒng)初始時間、1h、2h以及4h，這四個時刻的測量值分別進(jìn)行記錄。對各個參數(shù)值變化的情況進(jìn)行觀察，并且將結(jié)果記錄下來。對測量電壓的精度進(jìn)行計(jì)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(jié)果可以了解到，該測試系統(tǒng)不但測量的精度很高，而且穩(wěn)定性也比較好。

4.2 實(shí)車試驗(yàn)

開發(fā)整車電氣性能測試系統(tǒng)完成以后，將某款汽車車型作為例子，對于夏季38℃氣溫環(huán)境下，該車在市郊工況進(jìn)行驗(yàn)證。測試實(shí)車的要求，在夏季情況和普通市郊時， 實(shí)車運(yùn)行情況：勻速73km/h，最高擋位;實(shí)車運(yùn)行的時間40min記錄后20min數(shù)據(jù);開啟用電器：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）。

對發(fā)電機(jī)平均的發(fā)電電流測得為112.65A，發(fā)電機(jī)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(cè)平均溫度測得為60.46℃，發(fā)電機(jī)尾部平均溫度測得為64.99℃。

根據(jù)以上測試的數(shù)據(jù)可以了解到，測試的過程中，發(fā)電機(jī)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(yùn)用7.13A比較大的電流進(jìn)行充電。在此工況狀態(tài)下，無論是蓄電池和車輛發(fā)電機(jī)，還是其他已經(jīng)開啟的電器負(fù)載，對于動態(tài)平衡都能夠有效地滿足。

5? 結(jié)語

綜上所述，測試整車電氣性能，采集多通道數(shù)據(jù)和多信號都要涉及到，并且測試的工作環(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)開發(fā)。該文設(shè)計(jì)的整車電氣性能測試系統(tǒng)，既精度高和體積小，又性能穩(wěn)定，對于現(xiàn)代測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.整車電氣性能測試系統(tǒng)的研究[J].汽車技術(shù)，2018（2）：36-39.

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

[3] 楊愛華. 基于Labview的車載電子電氣系統(tǒng)測試平臺設(shè)計(jì)[D].河北工業(yè)大學(xué)，2013.