汽車電子測試系統(tǒng)解決方案綜述

隨著汽車中電子系統(tǒng)的增加，如何對高度機電一體化汽車系統(tǒng)進行高效率的測試是中國測試工程師面臨的挑戰(zhàn)，作為本文針對汽車研發(fā)過程中所涉及到的各種測試問題，請橫河電機介紹滿足發(fā)動機、驅(qū)動、振動、環(huán)境影響、燃料電池效率和 CAN總線測試需要的完整解決方案。

????? 一、前言

???? 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被應用在現(xiàn)代汽車上。汽車也將由單純的機械產(chǎn)品向高級的機電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展。由于實時駕駛信息系統(tǒng)及多媒體設備在汽車上普及，汽車更具個性化、通用性、安全性和舒適性。無線及移動電腦技術迅速發(fā)展，即使獨自駕駛在陌生的土地上，也不會覺得孤獨或迷失方向。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，將在市場上取得更大的回報。

??? 本文針對汽車研發(fā)過程中所涉及到的發(fā)動機分析、驅(qū)動分析、振動分析、環(huán)境影響、燃料電池效率分析、CAN總線分析等方面，介紹橫河電機提供的各種測試解決方案（圖1）。

???????? 二、電動汽車燃料電池的測試

??????? 對于從事汽車研發(fā)的工程師來說，在測試中如下幾方面是影響測試效率和結(jié)果的重要因素：
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??????? （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、多變的環(huán)境
??????? （三）數(shù)據(jù)采集分析的可靠性
??????? （四）路試時儀器的供電及能耗
??????? （五）便于移動和現(xiàn)場使用

????? 通過和汽車生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)的測試工程師溝通，橫河電機不斷改進其產(chǎn)品，使其更適應汽車研究發(fā)展的需要。譬如為了適應電動汽車燃料電池的研究需要，橫河電機在DARWIN系列的基礎上開發(fā)出 DAQMaster系列MX100。

???? 因為每個電池只輸出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單片電池組成，特別是汽車應用，電池組會由六百個單片電池構(gòu)成。電池電壓監(jiān)視（ CVM）系統(tǒng)通過測試電池組結(jié)構(gòu)中每個單片電池的電壓可以檢測出有問題的電池；分析現(xiàn)場或帶負荷長時間運行時的電池性能。

???? 檢測電池電壓時使用差動輸入。雖然單片電池的電壓不高，可是差動輸入端子對測試儀表地端會產(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變換器或緩存，為了在減小體積和間低成本的同時保證較高的信號分辨率和精度，現(xiàn)在許多的DAQ系統(tǒng)內(nèi)置緩存。

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　　 MX100

????? DAQMaster可以提供最高水準的通道對地，模塊間和通道間隔離。另外，它的模塊化結(jié)構(gòu)和標準軟件使MX100很容易實現(xiàn)最多1200通道的電池電壓的監(jiān)視。

????? 同時實現(xiàn)高電壓絕緣和多通道的DAQ系統(tǒng)的設計是一個難題，因為大多數(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。高共模電壓信號在經(jīng)過絕緣變壓器和A-D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)絕緣和離散化之前一定要通過切換繼電器。

　　　MX100在掃描器中使用橫河專利技術的高耐壓固態(tài)半導體 繼電器，實現(xiàn)了多通道輸入信號的切換，這種繼電器由高耐壓（1500VDC）、低 漏電流（3nA）的 MOSFET（金屬氧半導體場效應晶體管）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、無觸點、長壽命、無噪音等優(yōu)點。

????? 此外， MX100內(nèi)部的絕緣變壓器和積分式A-D轉(zhuǎn)換器也是橫河的專利技術。其他使用電磁式繼電器提供絕緣的DAQ系統(tǒng)，會產(chǎn)生切換時間，切換穩(wěn)定性，和日常維護的問題。最后，MX100 DAQMaster 提供高性能的絕緣和4通道的同期采樣，因為4通道模塊每個通道的硬件采用互相獨立的硬件構(gòu)成。

對于正確再現(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MX??
100的最小測量周期10ms,并且一個系統(tǒng)中可以混合使用3 種測量周期，測量周期可以對每個模塊單獨進行設定。MX100支持最大容量2G Bytes的CF卡，當通訊故障時開始數(shù)據(jù)備份。當通訊恢復正常時，重新自動開始向PC傳送數(shù)據(jù)。MX100針對燃料電池測試的高速/多通道/高耐壓/多周期的特點，幫助測試工程師提高了測試的效率和準確性。

????? 三、CAN總線分析
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????? 在當今汽車中廣泛采用了汽車總線技術。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復雜的電子設備、控制器、測量儀器等提供了統(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)量越來越多，例如電子燃油噴射裝置、怠速控制（ISC）、防抱死制動裝置（ ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置、主動懸架等。隨著集成電路和單片機在汽車上的廣泛應用，車上的ECU數(shù)量越來越多。

??? 于是，一種新的概念--車上控制器局域網(wǎng)絡CAN的概念也就應運而生了。CAN最早是由德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照ISO有關標準，CAN的拓撲結(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)、維修的各個環(huán)節(jié)上總線信號的測試與分析變得越來越重要，特別是噪音信號觀測與分析。

???? 由于電纜配線長度、終端阻抗位置而引起的反射噪音等或由連接復數(shù)接點時超負荷LEVEL變動等造成的異常現(xiàn)象，可以利用DL7400系列的CAN信號觸發(fā)，捕獲CAN總線信號并顯示其波形。根據(jù)CAN協(xié)議進行的分析以列表的形式和波形信號顯示在一起。觸發(fā)條件能被設置成CAN數(shù)據(jù)幀（ID, Data, RTR bits,等.）的字段或多字段。觸發(fā)在錯誤幀時也能被激活?？稍跁r間軸上對捕獲的CAN總線波形數(shù)據(jù)進行分析，每幀的ID和數(shù)據(jù)以16進制或二進制符號顯示。

????? 四、ABS工作時的電池電壓波動

????? ABS控制裝置通過比較來自附在每個車輪上的速度傳感器的信號監(jiān)測車輪是否被鎖上。當ABS控制裝置探測到一個輪子被鎖上后，它會給ABS傳動裝置送去一個信號從而打開閥門。ABS傳動裝置包括螺旋管閥門、泵、馬達、制動液箱。打開閥門可以瞬間降低盤式液壓，減弱制動力，可以恢復車輪速度。

接著再次迅速提高盤式液壓，通過ABS傳動裝置增加制動力。換句話說，可通過增減盤式液壓防止制動器被鎖上。增加盤式液壓也就是用泵將液體壓入汽缸，會使泵馬達迅速工作。這個快速的馬達將影響控制螺旋管閥門的PWM電流信號。一般ABS操作無法得到這是否影響電池電壓波動。因此，有必要觀察這個電池電壓波動。

????? 利用DL750 Max.1GW長內(nèi)存可以高速采樣捕捉從開始到結(jié)束的所有制動動作過程。也可在捕捉到整體過程后，利用放大功能詳細地測試其中某個不規(guī)則部分。此功能可自動設定波形參數(shù)的自動測試區(qū)域，包括放大區(qū)域。此放大功能不僅能夠準確的測試一個周期中的不規(guī)則部分也能夠自動測試該放大區(qū)域內(nèi)的波形參數(shù) 。

??? 　五、動力方向盤控制ECU（含 變頻器）/電機開發(fā)

????? 動力方向盤（EPS）在小型汽車中應用已經(jīng)比較普及了,但在需大扭矩的大型車中應用時需要采用3相電機.不同于傳統(tǒng)的DC機,測試3相交流電機需要功率計測試電力及效率.此外,ECU間采用CAN總線通信, 還必須測試CAN總線信號。

????? DL7400可以對CAN總線上特定的ID/Data觸發(fā)，實現(xiàn)與其它信號的同步觀測。通用示波器DL1640/DL1740，可以測試ECU的CPU信號，使用100MHz差分探頭和150A電流探頭還可以測試電機的浪涌電流等。DL750最多16ch絕緣輸入，適用于變頻器輸入輸出電壓/電流及ECU控制信號的長時間觀測。

??? 　WT1600可以評測大型汽車EPS用3相驅(qū)動系統(tǒng)變頻器的1次端DC、2次端的3相電流/電壓/功率,變頻器效率。對特定運行模式還可以進行累積功率測試。使用WE7000的時間模塊/CAN模塊/隔離A/D模塊/溫度模塊等可以實現(xiàn)多通道綜合測試。操舵角/消耗電流/電壓/溫度等多通道長時間同時測試。使用CAN模塊可以將CAN總線上的數(shù)據(jù)同時轉(zhuǎn)化為物理量實現(xiàn)同時測試。

???? 六、直噴式柴油發(fā)動機噴射實驗

???? 直噴式柴油發(fā)動機可以降低燃料費用和凈化廢氣排放.以下就其開發(fā)的關鍵-高壓噴射和電子控制的性能評價方法提出解決方案：

???? （一）機械部分設計值的評價（噴射時間與噴射壓力）

???? 測試對象是噴嘴噴射出燃料的噴射壓力，發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化及噴嘴電磁閥開關時間。發(fā)動機開發(fā)需要進行動態(tài)測試（逐步提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢查是否符合設計要求）和靜態(tài)測試（在轉(zhuǎn)速固定狀態(tài)下檢查是否運轉(zhuǎn)穩(wěn)定）。

???????? （二）與ECU控制信號同步測試

???????? 與ECU控制信號同步測試, 測試ECU正時和實際噴射正時。

???????? 七、本文小結(jié)

???????? 由于和世界各地整車及部件公司有著廣泛的合作，橫河電機在這一領域有很多測試實例。橫河電機希望能為汽車電子的發(fā)展貢獻力量。