《電子技術(shù)應(yīng)用》
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汽車電子測(cè)試系統(tǒng)解決方案綜述
中國(guó)測(cè)控網(wǎng)
摘要: 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(shù)被應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上。汽車也將由單純的機(jī)械產(chǎn)品向高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展,。由于實(shí)時(shí)駕駛信息系統(tǒng)及多媒體設(shè)備在汽車上普及,,汽車更具個(gè)性化、通用性,、安全性和舒適性,。無線及移動(dòng)電腦技術(shù)迅速發(fā)展,,即使獨(dú)自駕駛在陌生的土地上,也不會(huì)覺得孤獨(dú)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
Abstract:
Key words :

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(shù)被應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上,。汽車也將由單純的機(jī)械產(chǎn)品向高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展。由于實(shí)時(shí)駕駛信息系統(tǒng)及多媒體設(shè)備在汽車上普及,,汽車更具個(gè)性化,、通用性、安全性和舒適性,。無線及移動(dòng)電腦技術(shù)迅速發(fā)展,,即使獨(dú)自駕駛在陌生的土地上,也不會(huì)覺得孤獨(dú)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(lǐng)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(chǎng)上取得更大的回報(bào)。

 
本文針對(duì)汽車研發(fā)過程中所涉及到的發(fā)動(dòng)機(jī)分析,、驅(qū)動(dòng)分析,、振動(dòng)分析、環(huán)境影響,、燃料電池效率分析,、CAN總線分析等方面,介紹橫河電機(jī)提供的各種測(cè)試解決方案(圖1),。
         二,、電動(dòng)汽車燃料電池的測(cè)試
        對(duì)于從事汽車研發(fā)的工程師來說,在測(cè)試中如下幾方面是影響測(cè)試效率和結(jié)果的重要因素:
 
        (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(dòng)、多變的環(huán)境
        (三)數(shù)據(jù)采集分析的可靠性
        (四)路試時(shí)儀器的供電及能耗
        (五)便于移動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)使用
     
通過和汽車生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)的測(cè)試工程師溝通,,橫河電機(jī)不斷改進(jìn)其產(chǎn)品,,使其更適應(yīng)汽車研究發(fā)展的需要。譬如為了適應(yīng)電動(dòng)汽車燃料電池的研究需要,,橫河電機(jī)在DARWIN系列的基礎(chǔ)上開發(fā)出DAQMaster系列MX100,。
    
因?yàn)槊總€(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,,特別是汽車應(yīng)用,電池組會(huì)由六百個(gè)單片電池構(gòu)成,。電池電壓監(jiān)視(CVM)系統(tǒng)通過測(cè)試電池組結(jié)構(gòu)中每個(gè)單片電池的電壓可以檢測(cè)出有問題的電池,;分析現(xiàn)場(chǎng)或帶負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)的電池性能。
檢測(cè)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(duì)測(cè)試儀表地端會(huì)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(hào)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(hào)分辨率和精度,現(xiàn)在許多的DAQ系統(tǒng)內(nèi)置緩存,。

   MX100
     
DAQMaster可以提供最高水準(zhǔn)的通道對(duì)地,,模塊間和通道間隔離。另外,,它的模塊化結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)軟件使MX100很容易實(shí)現(xiàn)最多1200通道的電池電壓的監(jiān)視,。
     
同時(shí)實(shí)現(xiàn)高電壓絕緣和多通道的DAQ系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)難題,因?yàn)榇蠖鄶?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(hào)在經(jīng)過絕緣變壓器和A-D轉(zhuǎn)換器實(shí)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(shù)的高耐壓固態(tài)半導(dǎo)體 繼電器,實(shí)現(xiàn)了多通道輸入信號(hào)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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)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(diǎn),、長(zhǎng)壽命、無噪音等優(yōu)點(diǎn),。
      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(shù)。其他使用電磁式繼電器提供絕緣的DAQ系統(tǒng),,會(huì)產(chǎn)生切換時(shí)間,,切換穩(wěn)定性,和日常維護(hù)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?yàn)?通道模塊每個(gè)通道的硬件采用互相獨(dú)立的硬件構(gòu)成。
三,、CAN總線分析
 
      在當(dāng)今汽車中廣泛采用了汽車總線技術(shù),。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復(fù)雜的電子設(shè)備、控制器,、測(cè)量?jī)x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(dòng)裝置(ABS)、安全氣囊裝置,、電控門窗裝置,、主動(dòng)懸架等。隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)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(luò)CAN的概念也就應(yīng)運(yùn)而生了,。CAN最早是由德國(guó)BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測(cè)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(guān)標(biāo)準(zhǔn),CAN的拓?fù)浣Y(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(gè)環(huán)節(jié)上總線信號(hào)的測(cè)試與分析變得越來越重要,特別是噪音信號(hào)觀測(cè)與分析,。
    
由于電纜配線長(zhǎng)度,、終端阻抗位置而引起的反射噪音等或由連接復(fù)數(shù)接點(diǎn)時(shí)超負(fù)荷LEVEL變動(dòng)等造成的異常現(xiàn)象,,可以利用DL7400系列的CAN信號(hào)觸發(fā),,捕獲CAN總線信號(hào)并顯示其波形。根據(jù)CAN協(xié)議進(jìn)行的分析以列表的形式和波形信號(hào)顯示在一起,。觸發(fā)條件能被設(shè)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(cuò)誤幀時(shí)也能被激活??稍跁r(shí)間軸上對(duì)捕獲的CAN總線波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,,每幀的ID和數(shù)據(jù)以16進(jìn)制或二進(jìn)制符號(hào)顯示。
      四、ABS工作時(shí)的電池電壓波動(dòng)
     
ABS控制裝置通過比較來自附在每個(gè)車輪上的速度傳感器的信號(hào)監(jiān)測(cè)車輪是否被鎖上,。當(dāng)ABS控制裝置探測(cè)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(hào)從而打開閥門。ABS傳動(dòng)裝置包括螺旋管閥門,、泵,、馬達(dá)、制動(dòng)液箱,。打開閥門可以瞬間降低盤式液壓,減弱制動(dòng)力,,可以恢復(fù)車輪速度,。
 接著再次迅速提高盤式液壓,通過ABS傳動(dòng)裝置增加制動(dòng)力,。換句話說,,可通過增減盤式液壓防止制動(dòng)器被鎖上。增加盤式液壓也就是用泵將液體壓入汽缸,,會(huì)使泵馬達(dá)迅速工作,。這個(gè)快速的馬達(dá)將影響控制螺旋管閥門的PWM電流信號(hào)。一般ABS操作無法得到這是否影響電池電壓波動(dòng),。因此,,有必要觀察這個(gè)電池電壓波動(dòng)。
    利用DL750 Max.1GW長(zhǎng)內(nèi)存可以高速采樣捕捉從開始到結(jié)束的所有制動(dòng)動(dòng)作過程,。也可在捕捉到整體過程后,,利用放大功能詳細(xì)地測(cè)試其中某個(gè)不規(guī)則部分。此功能可自動(dòng)設(shè)定波形參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試區(qū)域,,包括放大區(qū)域,。此放大功能不僅能夠準(zhǔn)確的測(cè)試一個(gè)周期中的不規(guī)則部分也能夠自動(dòng)測(cè)試該放大區(qū)域內(nèi)的波形參數(shù)。
     五,、動(dòng)力方向盤控制ECU(含 變頻器)/電機(jī)開發(fā)
     
動(dòng)力方向盤(EPS)在小型汽車中應(yīng)用已經(jīng)比較普及了,但在需大扭矩的大型車中應(yīng)用時(shí)需要采用3相電機(jī).不同于傳統(tǒng)的DC機(jī),測(cè)試3相交流電機(jī)需要功率計(jì)測(cè)試電力及效率.此外,ECU間采用CAN總線通信, 還必須測(cè)試CAN總線信號(hào),。
     
DL7400可以對(duì)CAN總線上特定的ID/Data觸發(fā),實(shí)現(xiàn)與其它信號(hào)的同步觀測(cè),。通用示波器DL1640/DL1740,,可以測(cè)試ECU的CPU信號(hào),使用100MHz差分探頭和150A電流探頭還可以測(cè)試電機(jī)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(hào)的長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)。
   
 WT1600可以評(píng)測(cè)大型汽車EPS用3相驅(qū)動(dòng)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(duì)特定運(yùn)行模式還可以進(jìn)行累積功率測(cè)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(xiàn)多通道綜合測(cè)試。操舵角/消耗電流/電壓/溫度等多通道長(zhǎng)時(shí)間同時(shí)測(cè)試,。使用CAN模塊可以將CAN總線上的數(shù)據(jù)同時(shí)轉(zhuǎn)化為物理量實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)試,。
     六、直噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴射實(shí)驗(yàn)
     直噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低燃料費(fèi)用和凈化廢氣排放.以下就其開發(fā)的關(guān)鍵-高壓噴射和電子控制的性能評(píng)價(jià)方法提出解決方案:
     (一)機(jī)械部分設(shè)計(jì)值的評(píng)價(jià)(噴射時(shí)間與噴射壓力)
    
測(cè)試對(duì)象是噴嘴噴射出燃料的噴射壓力,,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化及噴嘴電磁閥開關(guān)時(shí)間,。發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試(逐步提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢查是否符合設(shè)計(jì)要求)和靜態(tài)測(cè)試(在轉(zhuǎn)速固定狀態(tài)下檢查是否運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定)。
         (二)與ECU控制信號(hào)同步測(cè)試
         與ECU控制信號(hào)同步測(cè)試, 測(cè)試ECU正時(shí)和實(shí)際噴射正時(shí),。
         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(jī)在這一領(lǐng)域有很多測(cè)試實(shí)例,。橫河電機(jī)希望能為汽車電子的發(fā)展貢獻(xiàn)力量,。
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