汽車(chē)電器系統實(shí)時(shí)監控電路多參數測試系統原理

摘要：論述了一套用于汽車(chē)電器系統振動(dòng)可靠性試驗實(shí)時(shí)監控的電路多參數測試系統。該系統以L(fǎng)XI 總線(xiàn)模塊化虛擬儀器為核心，以L(fǎng)abWindows/CVI 為軟件開(kāi)發(fā)平臺，有效的結合計算機故障診斷技術(shù)，形成了一套可以獨立完成遠程控制、測試、數據處理和實(shí)時(shí)故障診斷的試驗監控系統，為汽車(chē)電器產(chǎn)品試驗過(guò)程的智能化、可溯性奠定了基礎。

1 引言

由于路面激勵和發(fā)動(dòng)機振動(dòng)這兩大激勵源的存在，汽車(chē)電器與電子系統故障占整車(chē)故障的比例極高，且呈逐年增加的趨勢。在試驗室內對車(chē)輛及其零部件進(jìn)行道路模擬振動(dòng)試驗被認為是加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。傳統的試驗過(guò)程多采用人工值守，對相關(guān)數據進(jìn)行紀錄。這種方式存在以下問(wèn)題:

1. 試驗環(huán)境惡劣，常伴有噪聲、濕熱等因素;

2. 時(shí)間長(cháng)，值守人員的工作負荷大;

3. 人工記錄數據，缺乏完整性和一致性;

4. 故障現象不具有可溯性，無(wú)法為故障分析提供充分的依據;

這些不足之處在很大程度上影響了試驗的有效性，無(wú)法對試驗結果進(jìn)行深入的分析。由于汽車(chē)電器系統自身控制原理復雜，包含的元器件數量種類(lèi)繁多，結構形式多樣，借助自動(dòng)化測試設備對整車(chē)電器系統進(jìn)行試驗過(guò)程的實(shí)時(shí)監控尚不具備通行的有效方法。本文著(zhù)重論述了一種應用于“汽車(chē)電器系統可靠性試驗臺”的適用于整車(chē)電器系統試驗監控及故障診斷的測試系統的構建方法。

2 監控系統工作原理

汽車(chē)電器可靠性試驗臺借助輔助試驗設備施加電應力和振動(dòng)應力，使臺架上的汽車(chē)電器系統模擬汽車(chē)道路試驗的實(shí)際工況進(jìn)行試驗。“汽車(chē)電器系統可靠性試驗實(shí)時(shí)監控系統”以電路內的可及節點(diǎn)作為監控點(diǎn)，借助數據采集設備對各用電器回路內電壓、電流、頻率等信號進(jìn)行跟蹤測量和記錄;通過(guò)應用軟件對單元數據進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理分析，及時(shí)發(fā)現故障，實(shí)現聲光電報警，并對典型故障的類(lèi)型和位置做出診斷。

2.1 系統基本設計構想

由于被試系統自身的復雜性，監控系統在設計上采用了基于“UUT(Unit Under TEST)分類(lèi)”的系統規劃方式，如圖1 所示。針對UUT 類(lèi)型展開(kāi)系統的硬件和軟件設計。采用這種方法的原因在于：

1. 汽車(chē)電器系統的常規用電設備采用的是并聯(lián)方式，以每一用電器回路作為一個(gè)試驗單元UUT，則整個(gè)被試系統即可作為一個(gè)由多個(gè)UUT 并行試驗的電路網(wǎng)絡(luò )系統;

2. 汽車(chē)某些電器設備在其工作模式及故障形式上多具有共性，結合其自身特性及相關(guān)標準要求可將全部UUT 單元劃分為燈具、電機、儀表等幾種典型分類(lèi);

3. 針對UUT 分類(lèi)展開(kāi)設計而非針對單個(gè)UUT，可以減小系統復雜度，提高通用性。

圖1：系統基本設計構想

2.2 參數測量的實(shí)現

在進(jìn)行可靠性試驗時(shí)，要對被試系統各用電器進(jìn)行全面的監控和準確的故障診斷，其前是：第一，能夠從系統中獲得足夠多的可及測試節點(diǎn)但不能破壞被試系統完好性;第二，信號I/O 接口必須連接可靠，能夠耐受高強度試驗應力而不先于被試系統發(fā)生故障。按UUT 類(lèi)型確定待測信號和采樣節點(diǎn)，并以汽車(chē)電器實(shí)際使用的連接器作為信號輸出接口，設計采樣連接器接入電路可獲取監控所需的信號。圖2 說(shuō)明了某一阻性電器單元的采樣方法。原狀態(tài)下汽車(chē)用電器單元Rx 直接與汽車(chē)電線(xiàn)束連接形成工作回路，其正負極回路電阻分別為r1、r2，阻值未知;試驗時(shí)將包含圖示電路的“采樣連接器”接入，便可在不影響原電路工作的情況下獲得電路狀態(tài)參數。

圖2：阻性電器單元監控原理

構建多通道數據采集系統，對各節點(diǎn)處的電參數進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量和數據處理，便可實(shí)現準確的故障識別和定位。

3 系統測試儀器的合成

系統采用基于LXI (LAN eXtensions for Instrumentation)總線(xiàn)的測量平臺。LXI 是一種適用于自動(dòng)測試系統的新一代基于LAN 的模塊化平臺標準。LXI 模塊化測試標準融合了GPIB儀器的高性能、VXI/PXI 卡式儀器的小體積以及LAN 的高速吞吐率，并考慮了定時(shí)、觸發(fā)、冷卻、電磁兼容等儀器要求。同時(shí)還具有諸多優(yōu)勢特性，例如：它是開(kāi)放的工業(yè)化標準體系，具有向下兼容性，儀器開(kāi)發(fā)成本低，有很好的協(xié)同工作能力，具有可擴展性等。其數據傳輸擺脫了傳統儀器對數據傳輸距離和帶寬的限制，可以方便的實(shí)現儀器遠程控制和遠距離高帶寬的數據傳輸。在惡劣的試驗環(huán)境，如振動(dòng)試驗的高噪聲環(huán)境條件下，因其在遠程控制和數據傳輸網(wǎng)絡(luò )上的優(yōu)勢，LXI 相對于其他總線(xiàn)平臺具有更好的適用性。

3. 1 主控制器

如圖3 所示，系統以工控機作為主控制器，通過(guò)LAN 網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行模塊控制，并完成系統的數據處理、顯示、存儲等工作。作為整個(gè)試驗系統的主控制器，工控機同時(shí)擔負著(zhù)可靠性試驗應力加載控制的任務(wù)。

3.2 LXI 虛擬儀器模塊

1)測試主機系統選用AGILENT 34980A 開(kāi)關(guān)/測量單元作為硬件平臺，通過(guò)內置數字多用表對待側信號進(jìn)行測量轉換和輸出。測試主機通過(guò)LAN 總線(xiàn)與主控計算機進(jìn)行通訊和數據交換。

2)多路轉換器由于待測系統內的信號以較為穩定的直流模擬量信號為主，所以采用公共DMM 分時(shí)測量方式。通過(guò)兩個(gè)光電隔離ETF 開(kāi)關(guān)模塊，實(shí)現80 個(gè)通道的雙線(xiàn)測量。

3)抖動(dòng)測量模塊用于瞬斷監控，檢測電路內電壓瞬態(tài)跳變情況。

4)D/A 轉換模塊D/A 轉換器為被試系統工作器件提供驅動(dòng)信號，如轉速表和車(chē)速表工作所需的電壓脈沖信號，燃油表、水溫表工作所需的電流信號。信號由主控計算機控制，由D/A 轉換器輸出，經(jīng)過(guò)調理后通過(guò)模擬量I/O 接口輸入被試系統。

5)數字示波器數字示波器通過(guò)LAN 總線(xiàn)與主控計算機進(jìn)行通訊和數據交換，并通過(guò)模擬總線(xiàn)連接測試主機，與內置儀表共用開(kāi)關(guān)模塊。實(shí)現對80 個(gè)測量通道的任意一路信號進(jìn)行高頻采樣和虛擬示波。