隨著人們對車輛性能要求的提高和電子技術(shù)的快速發(fā)展,，車輛電子控制器的開發(fā)已經(jīng)成為汽車制造業(yè)的熱點。汽車整車道路試驗是車輛控制器開發(fā)的最終階段,，是全面測試和鑒定車輛性能的一種重要手段,。
　　由于控制器開發(fā)中數(shù)據(jù)采集要求及性能評價測試項目的多樣化，功能單一,、靈活性差,、使用復雜、更新和維護成本高的傳統(tǒng)儀器已經(jīng)不能很好地滿足車輛道路試驗需要,。而虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展為車輛道路試驗測試系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)提供了新的思路,。利用該技術(shù)，可以更好地發(fā)揮計算機強大的信息處理功能和圖形界面功能,，大大簡化了測試設(shè)備,，適合測試現(xiàn)場使用^[1]。
　　本文設(shè)計的基于虛擬儀器技術(shù)的車載道路試驗測試系統(tǒng),，為實車試驗性能測試和控制器開發(fā)提供了靈活,、高效的測試平臺。
1 測試系統(tǒng)總體介紹
1.1 車輛控制器開發(fā)中的道路試驗測試方法
　　實車道路試驗是車輛控制器開發(fā)中的最重要環(huán)節(jié),，根據(jù)信息來源和分析方法的不同,，實車道路試驗測試可以分為控制器外部特征量采集分析和單片機內(nèi)部運行信息采集分析兩類。例如,，防抱死制動ABS系統(tǒng)的控制器實車道路試驗數(shù)據(jù)采集框圖如圖1所示,。

　　外部特征量采集是傳統(tǒng)的實車測試的一種手段。將控制器視為一個黑盒子,，對能夠表征控制器控制效果的車輛信息進行采集處理,，既可以得到控制器的控制效果的客觀評價，又可以根據(jù)特征量的分析追溯到控制軟件源程序的相關(guān)功能代碼,，對控制軟件實現(xiàn)匹配,。但是通過外部特征量只能間接推測控制器內(nèi)部運行情況，有時不能準確找到問題的實質(zhì)所在,。
　　而單片機內(nèi)部運行信息的采集直接跟蹤控制器控制程序運行信息,，對控制程序的流程進行實時監(jiān)控，是進行控制器程序調(diào)試和邏輯驗證的有效手段,。
　　控制器外部特征量和單片機內(nèi)部運行信息對于控制器的開發(fā)匹配來說各有優(yōu)勢,，均對控制器的道路試驗測試有著重要意義。
1.2 測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展為測試系統(tǒng)的開發(fā)提供了良好平臺,。虛擬儀器利用計算機顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板,，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算,、分析和處理，利用I/O接口設(shè)備完成信號的采集,、測量和調(diào)理^[2],。
　　本文結(jié)合實際的車輛測試和車輛控制器開發(fā)經(jīng)驗，基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了道路試驗數(shù)據(jù)測試系統(tǒng),。該系統(tǒng)由計算機,、儀器硬件和應(yīng)用軟件等組成，總體方案如圖2所示,。

　　系統(tǒng)主要功能為：(1)多通道模擬信號和數(shù)字信號的采集,；(2)控制器內(nèi)部運行信息的采集；(3)控制器外部特征量和單片機內(nèi)部運行信息的同步采集,；(4)在線數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示,、離線數(shù)據(jù)處理；(5)多種數(shù)據(jù)格式的保存和轉(zhuǎn)換,；(6)車輛測試性能的自動計算和評價,。
2 測試系統(tǒng)硬件構(gòu)成
　　系統(tǒng)硬件由帶有串口的計算機和數(shù)據(jù)采集卡" title="數(shù)據(jù)采集卡">數(shù)據(jù)采集卡組成。計算機選用便攜式計算機,，便于車載測試使用,。數(shù)據(jù)采集卡選用帶有PCMCIA接口的采集卡，可以直接插在便攜式計算機上,。例如，可以選用NI公司的DAQ_700數(shù)據(jù)采集卡,，它具有8路雙端/16路單端模擬輸入通道,，采樣速率為100kbps的12位A/D轉(zhuǎn)換器，16路TTL可編程數(shù)字I/O口,，三個獨立的16 位可編程定時/計數(shù)器,。
　　用PCMCIA采集卡和信號調(diào)理儀為硬件而組成的PC—DAQ 測試系統(tǒng)可以對控制器的外部特征量進行采集。
　　對于單片機內(nèi)部運行信息的采集,，采用單片機和上位機的串口通訊方式,，將ECU單片機中的串口信息引出，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)硬件通訊,。在控制器控制軟件中附加了程序變量監(jiān)控模塊,，通過串口向上位機發(fā)送監(jiān)控的變量值，實現(xiàn)控制器運行信息的監(jiān)控,。
　　本測試系統(tǒng)通過PC-DAQ測試系統(tǒng)和串口系統(tǒng)實現(xiàn)了控制器的道路試驗數(shù)據(jù)采集功能,，具有硬件簡單、成本低,、攜帶容易等優(yōu)點,，適于道路試驗測試使用,。
3 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　軟件設(shè)計是測試系統(tǒng)設(shè)計的核心問題，本系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用虛擬儀器技術(shù)的LabWindows/CVI6.0軟件平臺,。LabWindows/CVI以ANSI C為核心, 將功能強大,、使用靈活的C 語言平臺與數(shù)據(jù)采集和分析等測控專業(yè)工具有機地結(jié)合起來，具有很強的數(shù)據(jù)處理及分析功能^[1],。
　　測試系統(tǒng)的軟件總體結(jié)構(gòu)見圖3,。它主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和離線分析三個模塊,。

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊
　　數(shù)據(jù)采集是測試軟件的底層部分,，數(shù)據(jù)采集的軟件基礎(chǔ)是硬件的驅(qū)動程序，LabWindows/CVI提供了功能強大的硬件驅(qū)動庫函數(shù),?；谟布?qū)動程序，本模塊分為數(shù)據(jù)采集卡采集和串口數(shù)據(jù)采集兩部分,。
3.1.1 基于PCMCIA卡的數(shù)據(jù)采集
　　本部分實現(xiàn)模擬信號,、數(shù)字信號、脈沖信號的采集,。根據(jù)采集參數(shù)的設(shè)置(如通道選擇,、采樣頻率、采樣方式選擇,、數(shù)據(jù)增益等)對數(shù)采卡進行初始化,，根據(jù)需要啟動停止采集。
　　控制器外部特征量均通過本方法采集得到,。外部特征量一般可分為模擬信號和脈沖信號兩類,，例如制動管路壓力傳感器信號為模擬信號，輪速傳感器信號為脈沖信號,。模擬信號通過模擬通道進行采集,，脈沖信號通過計數(shù)器口進行采集。另外,，本測試系統(tǒng)開發(fā)了脈沖信號測試算法,，即將脈沖信號通過模擬口采集，在后臺進行整型,、計算后,，得到頻率信息，解決了道路試驗的輪速,、車速等頻率信號的測試問題,。
3.1.2 串口數(shù)據(jù)采集
　　用串口數(shù)據(jù)采集監(jiān)控ECU運行情況。其軟件實現(xiàn)包括兩個方面：一是ECU監(jiān)控串口數(shù)據(jù)發(fā)送的實現(xiàn)，即控制程序中添加獨立的程序變量監(jiān)控模塊,。變量監(jiān)控進程與主進程同步,，每個控制周期向外發(fā)送一組監(jiān)控變量數(shù)據(jù)。二是上位機串口數(shù)據(jù)的接收實現(xiàn),，使用LabWindows/CVI的串口操作庫函數(shù)來設(shè)置波特率等串口屬性,，實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)接收的開始和結(jié)束。
3.1.3 數(shù)據(jù)采集卡與串口的同步數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)
　　為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡與串口的同步數(shù)據(jù)采集,，以及數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)傳遞問題,，本測試系統(tǒng)軟件采用了多線程技術(shù)。多線程技術(shù)為用戶編寫并行執(zhí)行的多任務(wù)程序提供了許多方便,，極大地提高了CPU 利用率以及程序的運行效率^[3～4],。
　　本測試軟件以用戶界面接口為主線程，負責生成界面,、實時顯示數(shù)據(jù),、生成后臺次線程、控制測試過程等,；主線程可以根據(jù)設(shè)定生成兩個次線程,，一個負責數(shù)據(jù)采集卡，一個負責串口,，實現(xiàn)了同步采集和數(shù)據(jù)傳遞,。
3.2 數(shù)據(jù)處理模塊
　　數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)實時顯示和數(shù)據(jù)存儲兩部分。對于從數(shù)據(jù)采集模塊得到的實時數(shù)據(jù),，首先需要進行參數(shù)處理,。對于數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)采集卡參數(shù)和用戶設(shè)置的增益對數(shù)據(jù)進行加工,，對于串口數(shù)據(jù),，需要根據(jù)單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)構(gòu)成規(guī)則對數(shù)據(jù)進行整合。轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)既可以送到“Strip Chart Graph”控件中實現(xiàn)曲線實時顯示,，也可以保存至文件。數(shù)據(jù)文件的格式可以自行設(shè)定,，包括二進制格式和文本格式等,。
3.3 離線分析模塊
　　本模塊的功能是將數(shù)據(jù)文件進行離線分析和處理。首先將數(shù)據(jù)文件導入,，可以導入二進制和文本兩種格式的文件,。其次，對導入數(shù)據(jù)進行分析,。利用LabWindows/CVI開發(fā)了以下工具：曲線組設(shè)置工具,，可以實現(xiàn)曲線按組顯示；曲線編輯工具，實現(xiàn)選擇曲線的偏移量,、顯示比例,、顏色等屬性的設(shè)置；另外,，還有曲線瀏覽工具,、曲線顯隱工具、數(shù)據(jù)對比窗等,。第三,，根據(jù)車輛測試的需要，開發(fā)性能評價工具,。另外,，本功能模塊還具有數(shù)據(jù)濾波設(shè)置、曲線打印等功能,。
4 測試系統(tǒng)在ABS系統(tǒng)道路試驗中的應(yīng)用
　　在自主開發(fā)防抱死制動ABS控制器過程中,，使用本測試系統(tǒng)，道路試驗測試方案如圖1所示,。將外部特征量信號與PCMCIA卡相應(yīng)端口連接,，將ECU與測試系統(tǒng)串口連接。在道路試驗測試過程中,，實時采集數(shù)據(jù),，測試ABS控制器的控制效果。
　　某次對接路面(由低附著路面制動到高附著路面)制動后得到一組數(shù)據(jù),，對數(shù)據(jù)進行分析,，下面進行具體說明。
　　(1)左前輪的輪速數(shù)據(jù)如圖4所示,。輪速信號有兩種表現(xiàn)形式,，一是輪速傳感器信號直接由數(shù)據(jù)采集卡采集，二是輪速信號經(jīng)過ECU計算,，通過串口送到測試系統(tǒng)中,。測試系統(tǒng)實現(xiàn)采集卡和串口數(shù)據(jù)的同步采集，在離線分析串口中進行顯示,，發(fā)現(xiàn)二者重合較好,，可以證明ABS控制器中的輪速算法正確。
　　(2)后輪制動壓力數(shù)據(jù)如圖5所示,。圖5中有兩條曲線,，上面一條表示后輪通道制動壓力，通過壓力傳感器由PCMCIA卡采集得到,；下面一條表示后輪電磁閥動作,，通過串口信息得到,。二者同步采集，可以分析ABS控制器的控制邏輯是否正確,。圖中數(shù)據(jù)表明電磁閥動作合理,，后輪通道制動壓力與電磁閥動作一一對應(yīng)。
　　(3)制動性能指標計算如圖6所示,。通過選擇制動性能評價工具,，可自動計算得到制動距離為23.66米、制動平均減速度為-3.27m/s2,，便于進行制動效果記錄和對比,。
　　實踐證明，使用本測試系統(tǒng),，大大提高了ABS控制器匹配測試的效率,，縮短了ABS系統(tǒng)開發(fā)周期。

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