高度機(jī)電一體化汽車系統(tǒng)測(cè)試解決方案

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)過程中所涉及到的各種測(cè)試問題，請(qǐng)橫河電機(jī)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，介紹橫河電機(jī)提供的各種測(cè)試解決方案（圖1）。

二、電動(dòng)汽車燃料電池的測(cè)試

對(duì)于從事汽車研發(fā)的工程師來說，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

通過和汽車生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)的測(cè)試工程師溝通，橫河電機(jī)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，橫河電機(jī)在DARWIN系列的基礎(chǔ)上開發(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。

MX100

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切換繼電器。3 車載壓實(shí)度檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集及發(fā)送程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中AT89S52串口控制器SCON設(shè)置為50H，SM0、SM1分別為0、1，即為串行工作方式1，REN為1，即允許串口接收。另外，還應(yīng)使AT89S52的中斷允許寄存器IE的開放或禁止所有中斷位EA為1，開放或禁止串行通道中斷位ES為1，即允許串行口中斷。AT89S52的并行口P0和P2分別作為8位數(shù)據(jù)的輸入和輸出口。P3口的輸出作為數(shù)據(jù)鎖存器和A／D的禁止和允許。下位機(jī)數(shù)據(jù)采集及發(fā)送程序流程圖如圖4所示。

3.2 液晶顯示程序設(shè)計(jì)

車載壓實(shí)度檢測(cè)儀最終通過液晶顯示屏顯示加速度變化曲線。FYD12864-0402B內(nèi)置ST7920驅(qū)動(dòng)控制模塊。因此用戶不必為編寫復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序頭疼，只需按照接口說明正確連接好電路，根據(jù)要求編寫主程序就可以了。液晶顯示程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)束語

本儀器在實(shí)際工作前，首先要對(duì)振動(dòng)加速度的大小進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)證明，車載式壓實(shí)度檢測(cè)儀具有傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)儀器無可比擬的優(yōu)勢(shì)。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1） 快速性：車載壓實(shí)度檢測(cè)儀可以在線實(shí)時(shí)反映路基的壓實(shí)狀況，而傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)法往往是在采樣之后進(jìn)行人工分析，才能確定出當(dāng)前路面的壓實(shí)狀況，往往造成工期延遲。

（2） 無破壞性：傳統(tǒng)的壓實(shí)度檢測(cè)法需要挖坑取樣，因此，不可避免對(duì)路

基造成破壞。

（3） 準(zhǔn)確性：傳統(tǒng)的壓實(shí)度檢測(cè)方法僅可以測(cè)得有限點(diǎn)上壓實(shí)度的數(shù)值，且具有很大的隨機(jī)性，不能很好地反映整個(gè)壓實(shí)區(qū)域的壓實(shí)狀況。而車載式壓實(shí)度檢測(cè)法則可以顯示整個(gè)壓實(shí)區(qū)域的壓實(shí)狀況。

（4） 易操作性：傳統(tǒng)的壓實(shí)度檢測(cè)法需要熟練的手工操作，包括挖坑、稱重和測(cè)量含水量等，而車載壓實(shí)度檢測(cè)法則無須人工取樣。

相信隨著現(xiàn)代化高等級(jí)公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量要求的提高，車載式壓實(shí)度檢測(cè)儀一定會(huì)在未來的公路建設(shè)中得到更加廣泛深入的應(yīng)用。