汽車(chē)電子測量系統解決方案綜述

隨著(zhù)汽車(chē)中電子系統的增加，如何對高度機電一體化汽車(chē)系統進(jìn)行高效率的測試是中國測試工程師面臨的挑戰，作為本文針對汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中所涉及到的各種測試問(wèn)題，請橫河電機介紹滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機、驅動(dòng)、振動(dòng)、環(huán)境影響、燃料電池效率和CAN總線(xiàn)測試需要的完整解決方案。

隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)與電子工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子技術(shù)被應用在現代汽車(chē)上。汽車(chē)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(shí)時(shí)駕駛信息系統及多媒體設備在汽車(chē)上普及，汽車(chē)更具個(gè)性化、通用性、安全性和舒適性。無(wú)線(xiàn)及移動(dòng)電腦技術(shù)迅速發(fā)展，即使獨自駕駛在陌生的土地上，也不會(huì )覺(jué)得孤獨或迷失方向。汽車(chē)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(chē)電子領(lǐng)域的研究成為汽車(chē)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。

本文針對汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中所涉及到的發(fā)動(dòng)機分析、驅動(dòng)分析、振動(dòng)分析、環(huán)境影響、燃料電池效率分析、CAN總線(xiàn)分析等方面，介紹橫河電機提供的各種測試解決方案(圖1)。

電動(dòng)汽車(chē)燃料電池的測試

對于從事汽車(chē)研發(fā)的工程師來(lái)說(shuō)，在測試中如下幾方面是影響測試效率和結果的重要因素：

1． 各種高頻和低頻、高功率和低功率的電磁輻射干擾

2． 共模電圧、振動(dòng)、多變的環(huán)境

3． 數據采集分析的可靠性

4． 路試時(shí)儀器的供電及能耗

5． 便于移動(dòng)和現場(chǎng)使用

通過(guò)和汽車(chē)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(jìn)其產(chǎn)品，使其更適應汽車(chē)研究發(fā)展的需要。譬如為了適應電動(dòng)汽車(chē)燃料電池的研究需要，橫河電機在DARWIN系列的基礎上開(kāi)發(fā)出DAQMaster系列MX100。

因為每個(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(chē)應用，電池組會(huì )由六百個(gè)單片電池構成。電池電壓監視 (CVM)系統通過(guò)測試電池組結構中每個(gè)單片電池的電壓可以檢測出有問(wèn)題的電池；分析現場(chǎng)或帶負荷長(cháng)時(shí)間運行時(shí)的電池性能。

檢測電池電壓時(shí)使用差動(dòng)輸入。雖然單片電池的電壓不高，可是差動(dòng)輸入端子對測試儀表地端會(huì )產(chǎn)生幾百伏的電壓。這種電壓被稱(chēng)為共模電壓。多數數據采集儀器 (DAQ) 沒(méi)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系統中高共模電壓的問(wèn)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(shí)保證較高的信號分辨率和精度，現在許多的DAQ系統內置緩存。

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，它的模塊化結構和標準軟件使MX100很容易實(shí)現最多1200通道的電池電壓的監視。

同時(shí)實(shí)現高電壓絕緣和多通道的DAQ系統的設計是一個(gè)難題，因為大多數數據采集儀器模塊使用單一A-D 轉換器與前端倍增或掃描組合。高共模電壓信號在經(jīng)過(guò)絕緣變壓器和A-D轉換器實(shí)現絕緣和離散化之前一定要通過(guò)切換繼電器。

MX100在掃描器中使用橫河專(zhuān)利技術(shù)的高耐壓固態(tài)半導體繼電器，實(shí)現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(chǎng)效應晶體管)和電壓輸出的光電耦合器構成，具有1秒周期內10通道高速掃描、無(wú)觸點(diǎn)、長(cháng)壽命、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)。

此外， MX100內部的絕緣變壓器和積分式A-D 轉換器也是橫河的專(zhuān)利技術(shù)。其他使用電磁式繼電器提供絕緣的 DAQ系統，會(huì )產(chǎn)生切換時(shí)間，切換穩定性，和日常維護的問(wèn)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(gè)通道的硬件采用互相獨立的硬件構成。

對于正確再現波形，采樣率非常重要、高速采集可以得到正確數據。為此MX100的最小測量周期10ms,并且一個(gè)系統中可 以混合使用3 種測量周期，測量周期可以對每個(gè)模塊單獨進(jìn)行設定。MX100支持最大容量2G Bytes的CF卡，當通訊故障時(shí)開(kāi)始數據備份當通訊恢復正常時(shí)，重新自動(dòng)開(kāi)始向PC傳送數據。MX100針對燃料電池測試的高速/ 多通道/ 高耐壓/ 多周期的特點(diǎn)，幫助測試工程師提高了測試的效率和準確性。

CAN總線(xiàn)分析

在當今汽車(chē)中廣泛采用了汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)。汽車(chē)總線(xiàn)為汽車(chē)內部各種復雜的電子設備、控制器、測量?jì)x器等提供了統一數據交換渠道。汽車(chē)上由電子控制單元(ECU)控制的部件數量越來(lái)越多，例如電子燃油噴射裝置、怠速控制(ISC)、防抱死制動(dòng)裝置(ABS)、安全氣囊裝置、電控門(mén)窗裝置、主動(dòng)懸架等。隨著(zhù)集成電路和單片機在汽車(chē)上的廣泛應用，車(chē)上的ECU數量越來(lái)越多。于是，一種新的概念--車(chē)上控制器局域網(wǎng)絡(luò )CAN的概念也就應運而生了。CAN最早是由德國B(niǎo)OSCH公司為解決現代汽車(chē)中的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種數據通信協(xié)議，按照ISO有關(guān)標準，CAN的拓撲結構為總線(xiàn)式，因此也稱(chēng)為CAN總線(xiàn)。

隨著(zhù)CAN總線(xiàn)的廣泛使用，在汽車(chē)的研發(fā)、生產(chǎn)、維修的各個(gè)環(huán)節上總線(xiàn)信號的測試與分析變得越來(lái)越重要，特別是噪音信號觀(guān)測與分析。

由于電纜配線(xiàn)長(cháng)度、終端阻抗位置而引起的反射噪音等或由連接復數接點(diǎn)時(shí)超負荷LEVEL變動(dòng)等造成的異?，F象，可以利用 DL7400系列的CAN信號觸發(fā)，捕獲CAN總線(xiàn)信號并顯示其波形。根據CAN協(xié)議進(jìn)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數據幀(ID, Data, RTR bits,等.)的字段或多字段。觸發(fā)在錯誤幀時(shí)也能被激活?？稍跁r(shí)間軸上對捕獲的CAN總線(xiàn)波形數據進(jìn)行分析，每幀的ID和數據以16進(jìn)制或二進(jìn)制符號顯示。

ABS工作時(shí)的電池電壓波動(dòng)

ABS控制裝置通過(guò)比較來(lái)自附在每個(gè)車(chē)輪上的速度傳感器的信號監測車(chē)輪是否被鎖上。當ABS控制裝置探測到一個(gè)輪子被鎖上后，它會(huì )給ABS傳動(dòng)裝置送去一個(gè)信號從而打開(kāi)閥門(mén)。ABS傳動(dòng)裝置包括螺旋管閥門(mén)、泵、馬達、制動(dòng)液箱。打開(kāi)閥門(mén)可以瞬間降低盤(pán)式液壓，減弱制動(dòng)力，可以恢復車(chē)輪速度。接著(zhù)再次迅速提高盤(pán)式液壓，通過(guò)ABS傳動(dòng)裝置增加制動(dòng)力。換句話(huà)說(shuō)，可通過(guò)增減盤(pán)式液壓防止制動(dòng)器被鎖上。增加盤(pán)式液壓也就是用泵將液體壓入汽缸，會(huì )使泵馬達迅速工作。這個(gè)快速的馬達將影響控制螺旋管閥門(mén)的PWM電流信號。一般ABS操作無(wú)法得到這是否影響電池電壓波動(dòng)。因此，有必要觀(guān)察這個(gè)電池電壓波動(dòng)。

利用DL750 Max.1GW 長(cháng)內存可以高速采樣捕捉從開(kāi)始到結束的所有制動(dòng)動(dòng)作過(guò)程。也可在捕捉到整體過(guò)程后，利用放大功能詳細地測試其中某個(gè)不規則部分。此功能可自動(dòng)設定波形參數的自動(dòng)測試區域，包括放大區域。此放大功能不僅能夠準確的測試一個(gè)周期中的不規則部分也能夠自動(dòng)測試該放大區域內的波形參數 。

動(dòng)力方向盤(pán)控制ECU(含變頻器)/電機開(kāi)發(fā)

動(dòng)力方向盤(pán)(EPS)在小型汽車(chē)中應用已經(jīng)比較普及了,但在需大扭矩的大型車(chē)中應用時(shí)需要采用3相電機.不同于傳統的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(xiàn)通信, 還必須測試CAN總線(xiàn)信號。

DL7400可以對CAN總線(xiàn)上特定的ID/Data觸發(fā)，實(shí)現與其它信號的同步觀(guān)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(cháng)時(shí)間觀(guān)測。WT1600可以評測大型汽車(chē)EPS用3相驅動(dòng)系統變頻器的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(jìn)行累積功率測試。使用WE7000的時(shí)間模塊/CAN模塊/隔離A/D模塊/溫度模塊等可以實(shí)現多通道綜合測試。操舵角/消耗電流/電壓/溫度等多通道長(cháng)時(shí)間同時(shí)測試。使用CAN模塊可以將CAN總線(xiàn)上的數據同時(shí)轉化為物理量實(shí)現同時(shí)測試。

直噴式柴油發(fā)動(dòng)機噴射實(shí)驗

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

1．機械部分設計值的評價(jià)(噴射時(shí)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(dòng)機轉速變化及噴嘴電磁閥開(kāi)關(guān)時(shí)間。發(fā)動(dòng)機開(kāi)發(fā)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試(逐步提高發(fā)動(dòng)機轉速檢查是否符合設計要求)和靜態(tài)測試(在轉速固定狀態(tài)下檢查是否運轉穩定)。

2．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(shí)和實(shí)際噴射正時(shí)。

本文小結

由于和世界各地整車(chē)及部件公司有著(zhù)廣泛的合作，橫河電機在這一領(lǐng)域有很多測試實(shí)例。橫河電機希望能為汽車(chē)電子的發(fā)展貢獻力量，在合作中能解決更多的測試難題，出現更多的橫河產(chǎn)品應用實(shí)例，欲了解橫河更多信息請登陸www.ysh.com.cn。

作者：韓瑩

銷(xiāo)售工程師

上海橫河國際貿易有限公司

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