楊凱悅 唐厚君 范鵬

(上海交通大學(xué) 電子信息與電子工程學(xué)院，上海 200240)

0 引言

汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車(chē)上最重要的控制系統(tǒng)之一［1］。為了精確測(cè)試EPS(電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng))在實(shí)車(chē)上的工作狀態(tài)，需要精密的儀器對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行處理和分析，以此來(lái)對(duì)EPS的性能及安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

DEWETRON公司是世界著名的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)廠家，在高端測(cè)試領(lǐng)域，DEWETRON公司生產(chǎn)的精密測(cè)試儀器應(yīng)用十分普遍，NASA、寶馬、波音等公司都使用DEWETRON的測(cè)試方案。DEWEsoft是DEWETRON儀器的配套軟件，可以很方便的配置DEWE-43采集儀的各個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理，得到測(cè)試結(jié)果。

雖然DEWEsoft內(nèi)置了諸如公式、IIR濾波器、FFT變化等信號(hào)處理功能，但當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理比較復(fù)雜、或者要將測(cè)試結(jié)果生成測(cè)試報(bào)表的情況下，DEWEsoft都不能很好的實(shí)現(xiàn)。因此，本文采用NI公司的LabVIEW來(lái)對(duì)DEWEsoft得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

1 系統(tǒng)整體框架

圖1是EPS測(cè)試系統(tǒng)的整體構(gòu)成圖［2，3］。其中 DEWE-43是該測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集硬件，DEWE-43是DEWETRON公司生產(chǎn)的袖珍型汽車(chē)測(cè)試儀，具有8個(gè)多功能輸入通道、8個(gè)計(jì)數(shù)器通道、2個(gè)CANBUS接口、可進(jìn)行EPAD和GPS擴(kuò)展。

在DEWEsoft的通道設(shè)置過(guò)程中，只需要打開(kāi)相應(yīng)的通道并對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，就可以得到DEWE-43的數(shù)字、模擬以及CAN輸入的數(shù)據(jù)。

被測(cè)試的汽車(chē)上裝有測(cè)力方向盤(pán)、陀螺儀、光電車(chē)速儀等傳感器，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車(chē)的各項(xiàng)參數(shù)。其中，測(cè)力方向盤(pán)與陀螺儀輸出的是模擬信號(hào)，車(chē)速儀輸出的是脈沖信號(hào)，而EPS模塊與DEWE-43通過(guò)CAN總線來(lái)進(jìn)行通信。傳感器輸出的原始電信號(hào)并不能直接當(dāng)作測(cè)試結(jié)果進(jìn)行使用。模擬通道的設(shè)置需要選擇是電壓信號(hào)還是電流信號(hào)、量程以及比例關(guān)系。數(shù)字通道為車(chē)速脈沖信號(hào)，直接將其轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)后保存。EPS控制器與DEWE-43通過(guò)CAN總線連接。在對(duì)所有的通道完成設(shè)置后，只需要在測(cè)試界面拖入相應(yīng)的儀表，然后設(shè)置與其對(duì)應(yīng)的輸入通道，便可以開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試。DEWE-43的通道配置如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

測(cè)試完成后，測(cè)試結(jié)果被保存下來(lái)，可以隨時(shí)打開(kāi)查看或者對(duì)其處理。這種離線式的數(shù)據(jù)保存方式保證了不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)處理不當(dāng)而必須再次試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。圖 3為蛇形試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果。各個(gè)儀表對(duì)應(yīng)不同的通道。最上方的綠色曲線是時(shí)間軸，可以設(shè)置顯示任意通道的數(shù)據(jù)。拖動(dòng)它就可以觀察測(cè)試結(jié)果中任意時(shí)段的數(shù)據(jù)，這樣映射后可以直觀地定位時(shí)間軸。

圖2 DEWE-43采集通道

圖3 DEWEsoft的測(cè)試結(jié)果分析界面

因?yàn)镈EWEsoft只能對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，并不能滿(mǎn)足實(shí)際汽車(chē)測(cè)試的需求，所以本文選擇將測(cè)試結(jié)果導(dǎo)入LabVIEW進(jìn)行后續(xù)的處理的方式。原始的測(cè)試結(jié)果以.d7d格式保存，是DEWEsoft的專(zhuān)用格式，并不能直接在LabVIEW中打開(kāi)。為了能夠在LabVIEW中導(dǎo)入測(cè)試結(jié)果，用DEWEsoft將測(cè)試結(jié)果以.TDM格式導(dǎo)出即可。

2 測(cè)試結(jié)果的分析處理

2.1 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

DEWEsoft輸出的測(cè)試結(jié)果為T(mén)DM(Technical Data Management)格式，是NI公司推出的一種數(shù)據(jù)儲(chǔ)存管理方案。TDM數(shù)據(jù)模型可針對(duì)使用者的需要而進(jìn)行調(diào)整，以最高效率的方式，將測(cè)試與仿真數(shù)據(jù)記錄至LabVIEW與LabWindows-/CVI中。系統(tǒng)將建立完整的屬性集，并與檔案、群組，通道建立鏈接，可大幅提升搜尋條件的范圍。NI公司已經(jīng)推出了新的TDMS格式來(lái)取代TDM格式，TDMS格式比起TDM更加易于使用及高速。

采用TDMS格式保存數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)有:1)轉(zhuǎn)換過(guò)程中保留了原始的TDM文件。如果對(duì)TDMS中數(shù)據(jù)的修改出現(xiàn)了錯(cuò)誤，可以從TDM中恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。2)使用NI提供的Datafinder可以很方便地管理、檢索數(shù)據(jù)。3)NI官方提供了EXCEL、MATLAB軟件的TDMS插件，無(wú)需任何移植工作即可使用這些軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析。4)TDMS是NI主推的數(shù)據(jù)格式，基本所有的數(shù)據(jù)采集方案都可以以TDMTDMS格式輸出測(cè)試結(jié)果。這樣，即使更換了數(shù)據(jù)來(lái)源，也無(wú)需修改數(shù)據(jù)處理部分的LabVIEW程序。

因此，本文在LabVIEW中首先將所有的TDM文件都轉(zhuǎn)換成了TDMS文件。轉(zhuǎn)換程序如圖 4所示，得到TDM文件的儲(chǔ)存路徑后，只需要利用LabVIEW自帶的converter就可以完成轉(zhuǎn)換。

圖4 TDMS轉(zhuǎn)換程序

2.2 數(shù)據(jù)分析

只需運(yùn)行相應(yīng)測(cè)試的LabView的分析程序，打開(kāi)TDM文件，即可自動(dòng)完成文件格式的轉(zhuǎn)換，顯示測(cè)試結(jié)果，及生成測(cè)試報(bào)表。以蛇形測(cè)試的分析為例，其程序界面如圖5所示。

圖5 蛇形試驗(yàn)分析界面

測(cè)試中的車(chē)速信號(hào)由DEWE-43的數(shù)字輸入通道讀取脈沖后由DEWEsoft轉(zhuǎn)換為脈沖頻率保存。每當(dāng)有極短時(shí)間的脈沖干擾時(shí)，DEWEsoft就會(huì)把它當(dāng)成極高的頻率信號(hào)將其保存下來(lái)，造成車(chē)速信號(hào)中有遠(yuǎn)大于正常值的干擾信號(hào)，原始數(shù)據(jù)幾乎無(wú)法使用(原始數(shù)據(jù)如圖3中6號(hào)曲線)。所以必須在LabVIEW中進(jìn)行處理。

干擾造成車(chē)速信號(hào)中含有高達(dá)108數(shù)量級(jí)的異常值，直接使用Butterworth濾波器無(wú)法還原出真實(shí)信號(hào)。因?yàn)閷?shí)際的測(cè)試車(chē)速不超過(guò)200 km/h，所以本文首先使用一個(gè)閾值函數(shù)，將高于200的值鉗在200。又因?yàn)閷?shí)際的車(chē)速是不可能突變的，因此，每一個(gè)車(chē)速信號(hào)都與前一個(gè)車(chē)速信號(hào)進(jìn)行比較，如果兩者差值大于某個(gè)給定值，則將前一采樣點(diǎn)的車(chē)速賦給當(dāng)前采樣點(diǎn)的車(chē)速。圖6中有較大毛刺的曲線為處理后的車(chē)速曲線，與汽車(chē)ECU輸出的車(chē)速信號(hào)對(duì)比，雖然還有誤差，但比起原始信號(hào)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用的程度。

圖6 蛇形試驗(yàn)各通道數(shù)據(jù)波形圖

圖中各類(lèi)曲線的單位并不相同，是車(chē)速曲線標(biāo)在圖中。DEWE-43的最大采樣率為200k，為了盡可能精確地保存測(cè)試結(jié)果，實(shí)際采樣時(shí)使用了最大采樣率。如果直接處理這些數(shù)據(jù)，處理過(guò)程會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間，并且在當(dāng)前情況下并不需要如此高的采樣率，因此在數(shù)據(jù)進(jìn)行處理前進(jìn)行了減采樣的處理。

GB/T 6323.1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)測(cè)試的具體流程都進(jìn)行了規(guī)定，圖7即為規(guī)定的測(cè)試路線。

對(duì)比圖6與圖7，不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)際測(cè)試結(jié)果中包含了試驗(yàn)有效數(shù)據(jù)之外的部分。因此，在波形圖中加入了2根縱向游標(biāo)，可以在界面上人工隨意拖動(dòng)，在實(shí)際處理時(shí)，只計(jì)算2根游標(biāo)內(nèi)的曲線數(shù)據(jù)就可。

圖7 蛇形試驗(yàn)行駛軌跡

?

經(jīng)過(guò)以上的數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到有效的測(cè)試數(shù)據(jù)之后，便可以根據(jù)GB/T 6323.1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算并顯示測(cè)試結(jié)果，生成測(cè)試報(bào)表。

綜上所述，程序的整體流程圖如圖8所示。

2.3 生成測(cè)試報(bào)告

本 文 在 LabVIEW 中 通 過(guò)ActiveX調(diào)用 Office的 Word、Excel等組件，實(shí)現(xiàn)生成測(cè)試報(bào)告的目的。ActiveX指基于標(biāo)準(zhǔn)COM接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象連接與嵌入的控件。

在LabVIEW中找到自動(dòng)化引用句柄，打開(kāi)Microsoft Word，通過(guò)各節(jié)點(diǎn)在模版的表格中填入計(jì)算結(jié)果，插入表格后保存，得到最終的測(cè)試報(bào)告。表1是最終得到的測(cè)試報(bào)告的一部分，所有的具體數(shù)據(jù)都由LabVIEW自動(dòng)排版生成。

圖8 數(shù)據(jù)分析程序流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

以DEWETRON公司的DEWE-43為硬件測(cè)試平臺(tái)，DEWE-soft和LabVIEW相配合為軟件平臺(tái)所組成的測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行良好。該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地采集測(cè)試車(chē)輛的各種數(shù)據(jù)，保存后進(jìn)行處理、評(píng)價(jià)并自動(dòng)生成測(cè)試文檔。實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)及技術(shù)要求。

［1］全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，QC/T 480-1999汽車(chē)操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法［S］.2009.

［2］宋旸.基于LabVIEW環(huán)境的EPS虛擬測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.黑龍江科技信息，2008，36.

［3］張宏兵.EPS控制系統(tǒng)的試驗(yàn)臺(tái)構(gòu)建和軟件設(shè)計(jì)［D］.江蘇:東南大學(xué)，2004，7-9.

［4］華江峰.汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的性能測(cè)試系統(tǒng)［D］.南京:南京林業(yè)大學(xué)，2005，12-15.