高端重型商用車檢測線技術研究與應用

何偉 鄭毅 靳躍東 李志高 李秀

（1.東風商用車有限公司，十堰 442000；2.高德科科技（北京）有限公司，北京 100021）

1 前言

汽車檢測線是隨著汽車工業的發展，從無到有逐步發展起來的，用于出廠新車和在用汽車安全性能和技術綜合性能檢測。最早就是以故障診斷和性能調試為主的單項檢測技術和檢測設備。隨著檢測技術和計算機技術的發展，逐步發展成為擁有多臺機電一體化檢測專用設備、計算機控制自動化數據采集處理的汽車檢測線系統，實現了檢測流程自動化，設備控制智能化，檢測工藝標準化、數據共享、打印、存儲、顯示、通訊等功能于一體的網絡化。

隨著物流運輸的發展，對運輸車輛的安全技術要求越來越高，作為陸路運輸主力的商用車逐漸向高端重型化、智能化方向發展。在加強車輛制造技術開發的同時，多種先進的安全技術也引用到商用車領域。以電子控制單元行車電腦(Electronic Control Unit，ECU)為電控核心，配置車載自動診斷系統（On-Board Diagnostics，OBD）、制動防抱死系統/緊急制動系統（ABS/EBS）、電控空氣懸架 系 統（Electronically Controlled Air Suspension，ECAS）、360行駛記錄儀等智能技術，成為高端重型商用車的標配。車道偏離警示系統(Lane Departure Warning System，LDWS)、盲區監視（Blind Spot Monitoring，BSM）、前方碰撞警告系統（FCWS）等安全駕駛輔助技術也逐步應用到高端重型商用車上。針對這些新產品、新技術、新材料、新方法在商用車行業的推廣應用，國家標準適時作出補充、修訂和發布。“采用了主被動安全新技術、新裝置、新結構的機動車，新技術、新裝置、新結構的性能不應低于本標準及其他機動車國家強制標準對應的安全技術要求[1]”“汽車生產企業應對每輛車的OBD的通訊系統進行檢查，確保OBD系統通訊正常方可出廠[2]。”按照法規要求，商用車檢測線在現有檢測項目的基礎上，增加ABS/EBS檢測診斷、OBD診斷檢測以及預先緊急制動系統（Advanced Emergency Braking System，AEBS）診斷等專業檢測技術，按新國標要求升級檢測系統，為高端商用車安全運行提供技術保證。

2 檢測線基本構成與功能

目前高端的商用車檢測線系統是將多臺專用檢測設備，借助計算機網絡的數據共享優勢，搭建成局域網的設備系統，實現特定的功能。系統搭建一般有2種方式：一種是集中式控制和管理，所有檢測設備儀器儀表的控制集中在1臺主控計算機上，其檢測流程、設備控制、數據采集、處理、判定、顯示、打印、存貯均由主控計算機來完成，實現設備集中控制和數據管理，設置車輛信息登錄終端和服務器。這種方式的優點是設備單機結構簡單、價格低，缺點是主控系統計算機負荷重、適應性差，發生故障時易造成全線停工；另一種是分級控制集中管理的方式。一般采用二層級控制，一層級為設備單機控制層級，主要實現單機設備的控制、數據采集處理，二層級為各單機設備以及與上位機的聯網控制、設備及各位狀態采集、流程控制與人機交互信息顯示；集中式管理主要包括檢測標準和工藝參數管理、檢測流管理、在線車輛調度管理、設備狀態信息管理、檢測數據匯總及綜合判定、打印結果和存貯數據庫管理。這種模式優點很多，模塊化設計適應能力強，便于增加新的檢測項目、檢測標準升級或刪減不需要的項目，各控制環節負荷分配均勻，故障率低，且單一故障不影響其他工序，為目前大部分汽車廠檢測線采用。

以下以分級控制集中管理模式的高端商用車新車出廠檢測線系統制造技術來展開。

檢測線主要設備及檢測項目詳見表1。

表1 汽車檢測線檢測項目和設備對應表

3 檢測線自動化控制系統與車輛在線通訊診斷技術

3.1 檢測線自動化控制流程工藝設計

根據商用車整車及主要總成、安全裝置等有關運行安全的基本技術要求[1]，柴油車自由加速煙度及加載減速法污染物排放限值及測量方法[2]以及其他相關法規和專項性檢測要求，設計重型商用車出廠檢測線檢測工藝。檢測項目包含機動車安全檢驗項目表(注冊登記安全檢驗)[3]所列出的在線必檢項目，如速度表檢測、發動機排放檢測、制動力（制動踏板力和手剎收拉力）檢測、前照燈檢測、喇叭聲級檢測、轉向橋側滑檢測等，以及企業內控檢測項目等。

同時，結合汽車廠新車出廠前的質量保證要求，把一些工廠內控檢測項目整合進檢測線系統。如車輛ABS在線檢測、拖頭車掛車閥檢測、車身電檢、管路氣密性檢測、前輪定位檢測等，這些內控檢測項目是確保必檢項目合格的有效措施，工廠內控檢測項目對應的工藝文件、設備保全管理等同于法規必檢項的管理要求。

檢測線工藝流程如圖1所示。

3.2 檢測設備的自動化控制系統設計

檢測線系統主要由計算機主控系統及網絡設備，檢測設備和智能檢測儀表等其它設備組成，通過網絡鏈接，形成1個局域網。檢測設備的自動化控制系統包含最底層的數字量信號I/O采集、模擬量信號放大調理以及車輛電控系統在線通訊診斷、設備的電氣控制回路等主要部分。

檢測線系統的核心是檢測線主控計算機系統，一方面，主控計算機通過掃描車輛識別號碼（Vehicle Identification Number，VIN）與制造生產執行系統（Manufacturing Execution System，MES）聯網，自動獲取車型檢測參數，選取檢測標準，編制檢測流程；另一方面，與檢測設備和智能儀器聯網通訊，實現設備的控制和檢測數據的自動采集，實現檢測流程的自動化。

機械類檢測設備，具備單機控制功能和檢測數據自動采集，部分設備還具有動力驅動和變頻調速單元等。采用工控機控制系統便于數據處理和自動化控制。復雜的控制過程，可以配置PLC控制，PLC與上位工控機通訊來實現。

其它設備，如全自動前照燈檢測儀、透光式煙度計、聲級計等智能儀器儀表通過標準的RS232或RS485通訊口，按照標準的通訊協議，與上位工控機聯網和通訊，很便捷地實現檢測線計算機系統對設備的自動化控制和檢測數據的讀取。

3.2.1 數字量信號I/O采集

在檢測線系統中，數字量信號包括各類到位光電開關信號、按鈕信號、接近開關信號、脈沖信號、限位開關信號等輸入信號，也包括舉升結構電磁閥通斷輸出、電磁抱閘控制輸出、電機的啟動/停止控制信號等數字量輸出DO信號。在電控系統設計時，這些信號均為通斷信號，可取DC5V～DC12 V～DC24 V級的某1個工作電壓值，可直接接入數字量I/O調理板，如圖2所示。

這些信號經過調理后，編譯成為一個二進制數碼，工控機里的數字量I/O采集卡直接讀取數字量I/O調理板的485串口，DI信息就讀到工控機里。經過控制程序的邏輯運算，DO輸出到數字量I/O調理板的另一串口，解析后輸出到DO輸出端子，通過中間繼電器板，進而控制驅動單元，如電機、電磁閥等。

3.2.2 模擬量信號調理與模數轉換

檢測線設備的模擬信號主要來自于設備試驗臺的壓力傳感器、位移傳感器、秤重傳感器。

目前使用的還是感知、輸出的單一功能的普通傳感器，這些傳感器的優點是結構簡單，信號采集簡單便捷，信號放大、過濾處理方式多。缺點是故障率高，抗干擾能力弱。這里信號采集后，要將模擬量轉換成計算機能識別處理的數字量。模擬量信號放大調理和模擬量信號A/D轉換原理如圖3所示。

而實現計算機軟件系統對設備的控制，是將1組二進制的數字量，轉換成外部設備可以接收的模擬量如電壓或電流，接入電氣回路，實現對應設備的驅動控制。在采用PLC的電氣控制系統中，PLC模擬量輸出模塊就能實現這一功能，模擬量輸出模塊又稱為D/A模塊，把PLC接收到的上位計算機發送過來的數字量送往模擬量輸出模塊，轉換成外部設備可以接收的模擬量（電壓或電流），輸出到電氣回路。

隨著技術的進步，智能傳感器(Intelligent Sensor)技術逐漸成熟，信號采集與處理變得更加簡捷，將傳感器與微處理器集成在一塊芯片上，具有采集、處理、交換信息的能力。智能傳感器“智能”主要包括安裝使用過程中的自主校零、自主標定、自校正功能，使用過程中應對各類環境干擾及變化的自動補償功能，工作狀態下的數據采集及自主分析、數據處理等本地邏輯功能，數據采集后的上傳及系統指令的執行處理功能等，以及大數據分析數據采集產品中的自學習功能等，這些都是傳感器智能化特征。

檢測線設備常用傳感器如圖4所示。

3.2.3 車輛電控系統在線通訊診斷技術高端智能商用車，顯著的特點就是配置有車載專用微機控制器ECU，車身電氣采用總線技術，并配備ABS/EBS等行車安全模塊和發動機尾氣排放處理模塊等智能裝備。這些智能技術都是由車載ECU來控制的，因此，ECU控制的可靠性，影響著車輛的行車安全性和發動機排放合規性等。對高端智能商用車智能裝置的檢測，必須檢測車載ECU以及OBD通訊接口的可靠性[2]。新車出廠前，車載OBD通訊全數檢測合格，監管部門通過網絡實時監控檢測過程和檢測報告。

車輛ABS/EBS可靠性檢測、發動機加載減速法排放檢測等通過試驗設備連接車輛16針OBD診斷接口，按照特定的通訊協議，試驗臺向車輛ECU發送指令，命令車輛做出某個動作，設備控制系統測試到車輛動作對設備的反作用，按照相應的邏輯關系，來判斷該性能是否合格。

車載16針OBD診斷接口主要有K線通訊接口和控制器局域網絡(Controller Area Network，CAN)總線接口。使用K線標定EBS系統、AMT（自動變速箱）系統等，使用CAN總線標定車身電子控制系統（簡稱VECU）、組合儀表等系統。目前絕大部分出廠新車統一為CAN總線接口。常見的有16針圓頭和16針方形診斷接口，如圖5所示。

下面介紹基于車身CAN總線技術的車輛OBD檢測、車輛ABS/EBS檢測和速度表檢測工藝，分析車輛電控系統在線通訊診斷的設計原理，如圖6所示。

a.車輛OBD檢測：目測檢查儀表板上的故障指示器的狀態變化，初檢車輛OBD系統的故障指示系統是否正常。將車輛的點火開關旋轉到“ON”狀態后（各種儀表指示燈點亮），儀表板上的各指示燈進行自檢，此時車載診斷系統故障指示器應激活(常亮或按照國六OBD要求閃爍)；若故障指示器沒有被激活，則可以判定OBD檢查不合格。

車輛連接OBD診斷儀，使用OBD診斷儀的快速檢查功能，無需人工操作，OBD診斷儀應自動輸出檢測結果，并將檢測結果輸出到計算機數據管理系統上。根據輸出結果及故障指示器的狀態，對車輛進行判斷。為了貫標以及車輛管理，OBD診斷儀與排放檢測系統聯網，實時數據流的上傳。OBD診斷儀應將檢驗過程的逐秒的數據流信息按照法規要求實時上傳主管部門留存備案[2]。

圖7所示為加載減速法柴油車排放測試。

b.車輛ABS/EBS檢測：以制動試驗臺為基礎，將單一轉速的驅動機構改造成變頻調速驅動模式，在工控機上擴展1個OBD通訊模塊，通過OBD適配器與車輛的ECU診斷口連接。按照車載ABS/EBS的通訊協議，設計通訊和控制軟件。當車輛通電時，工控計算機與車輛ECU之間建立通訊，并控制試驗臺，按照工藝要求開始檢測。新車出廠前，ABS/EBS的檢測主要是對ABS/EBS氣路和電路的裝配正確性（錯接，漏接）、可靠性進行檢查，ABS/EBS的各零部件（ECU、指示燈、車輪速度傳感器、電磁閥）的功能完好性進行試驗。工控計算機讀取ECU數據，檢測和清除ECU故障代碼等。

c.車輛速度表檢測：為了提高速度表檢測的精度，減少人為因素的影響，充分利用高端重型商用車車身CAN總線技術，在傳統的速度試驗臺上開發車身CAN總線速度表試驗技術。

基于車身CAN總線的速度表試驗技術，通過OBD獲取車身CAN總線的速度值作為儀表顯示車速，速度試驗臺采集到的車速數據為實際車速。當車輛到達39～40 km/h的速度時，進入速度臺車速數據采集區間，采集到的值按照公式（1）進行對比。每次的對比結果都符合時，系統判定為合格。車輛速度超過40 km/h，本測試點結束。車輛繼續加速，當儀表車速加速達到59 km/h時，開始做對比，在59～60 km/h區間采集到的值都進行對比。每次的對比結果都通過時，系統判定為合格。

車身CAN總線速度表試驗判斷方法見公式（1）。

式中，V1為車輛儀表速度值；V2為試驗臺測量速度值。

4 檢測線計算機聯網系統

檢測線計算機系統采用分散控制、集中管理的局域網模式搭建，如圖8所示。一般情況下，系統由1個主控制站、5個檢測子站即工位、1個信息錄入系統、服務器數據庫系統構成，全部由計算機自動化控制。檢測線計算機數據庫系統，可與工廠MES系統進行數據交換，獲取車輛的基本車型參數、檢測工藝參數，并上傳車輛的檢測信息，包括檢測數據、評判結論等。

a.檢測線計算機控制系統硬件設備主要由主控工控機、掃描登錄終端、服務器、外接顯示器或點陣牌，以及交換機等網絡設備構成，操作系統采用中文Windows7或更高版本的系統，全中文人機交互式界面。服務器數據庫軟件采用Microsoft SQL Server大型數據庫作為整個系統的數據服務器，保證數據存儲的安全和大容量，需要時可方便升級或接入更大的局域網絡和Internet網絡。整個控制系統采用高效率編程工具Visual C++設計，保證系統運行的穩定、快速和數據的真實準確。各工位計算機之間支持基于TCP/IP協議的10 Base-T或100 Base-T網絡聯網，工位機和檢測設備之間的通訊支持RS232和TCP/IP協議。

b.檢測線應用軟件包括主控軟件、登錄軟件以及工位控制軟件系統。應用系統采用模塊化設計，模塊化設計的特點就是方便擴展，用戶自己可以任意擴展網絡和添加設備、增加檢測項目等。應用系統設計成圖形化的檢測界面，使整個檢測線系統簡潔明了、易于掌握、操作方便。同時，用戶還可以可以選配不同的檢測設備，按需組合檢測項目和檢測工位排序。在后臺應用程序方面，開發有設備的檢定校準模塊、設備狀態的監測與控制模塊、板卡通道的配置模塊等通用功能。工位顯示系統，各工位配置大尺寸工業級液晶顯示器或數字電視，可以動態模擬顯示測試過程和數據。

c.系統設置用戶權限管理功能。在車型參數、檢測標準、檢測參數、數據庫等關鍵環節設置管理權限授權，可根據需要為不同用戶分配不同權限，包括普通用戶、主管、系統管理員權限等。

d.檢測數據庫開發多種數據查詢、統計、定期轉存功能及數據導出等功能。可根據關鍵字段查詢相關數據，生成報表并打印。借助數據庫的輔助功能，系統還可以記錄車輛當前檢測狀態，可讓車輛暫時下線或在線任意調整車輛的檢測工序。車輛重新上線時，自動識別并對未檢測或不合格項目進行篩選，也可選擇重新檢測全部項目。

5 結束語

高端重型商用車檢測線通過設備自動化控制和計算機聯網，實現了車輛大批量的流水線式的檢測；通過檢測設備與車輛ECU的通訊，實現了高端智能商用車的電控系統在線診斷檢測；通過計算機聯網通訊，實現了出廠車輛的檢測數據共享。東風商用車車輛工廠新近開發的重型商用車檢測線，應用了上述的研究成果，不僅滿足傳統車輛的法規項檢測，而且實現了智能商用車ABS/EBS、OBD在線通訊診斷，實現了速度表CAN總線檢測等，檢測線的設備測量精度、靈敏度、網絡系統穩定性等均優于傳統的汽車檢測線的技術水平。這些檢測線技術的應用，對正在向重型化、智能化方向發展的高端商用車行業的檢測技術升級，具有重要的借鑒意義。