汽車(chē)電器可靠性試驗監控系統的研究開(kāi)發(fā)

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LXI 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?！捌?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)。