朱昌洪

摘 要： 由于傳統(tǒng)功能測試系統(tǒng)對汽車電子ECU進行測試時存在偏差高和穩(wěn)定性差的缺陷。因此，提出基于PXI的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PXI總線、電子監(jiān)控測試模塊、萬用表和計算機組成。PXI總線對汽車電子ECU進行數(shù)據(jù)的采集與初始化測試，并將數(shù)據(jù)傳輸給電子監(jiān)控測試模塊。電子監(jiān)控測試模塊由控制器、供電模塊、檢測模塊、信號收發(fā)器和開關(guān)控制器組成。供電模塊為電子監(jiān)控模塊供電，檢測模塊將檢測出的故障數(shù)據(jù)傳遞給信號收發(fā)器進行信號轉(zhuǎn)變。開關(guān)控制器通過分析故障信號進行電路的轉(zhuǎn)換或切斷操作?？刂破鞴芸刂麄€電子監(jiān)控測試模塊的運行流程，并將篩選后的數(shù)據(jù)傳輸給萬用表。萬用表對接收到的數(shù)據(jù)信號電壓進行放大并傳遞至計算機。軟件設(shè)計部分，給出PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的測試流程及其故障的排除算法。實驗結(jié)果表明所設(shè)計系統(tǒng)擁有較高的準確性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞： PXI； 汽車； ECU； 測試

中圖分類號： TN948.2?34； TB47 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）22?0129?0

0 引 言

近十年來，汽車電子ECU以其舒適性、經(jīng)濟性和娛樂性作為誘惑因素，其全國裝載率[1?4]已高達80%。為保證汽車行駛的安全穩(wěn)定，龐大的汽車電子ECU市場對其產(chǎn)品的功能測試提出了較高的要求[5?6]。由于傳統(tǒng)功能測試系統(tǒng)對汽車電子ECU進行測試中存在偏差高和穩(wěn)定性差的缺陷。因此，構(gòu)建準確性和穩(wěn)定性較高的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)，已成為目前國際汽車組織協(xié)會研究的重要項目。

以往研究的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)均存在一定的缺陷，如文獻[7]提出虛擬汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)，利用計算機模擬汽車行駛過程中的各種障礙，進而對汽車電子ECU進行測試和故障排除，但這種測試系統(tǒng)無法應(yīng)用于特定環(huán)境，且準確度和故障排除率較低。文獻[8]提出DSPACE汽車電子ECU仿真測試系統(tǒng)，其擁有性能優(yōu)越的硬件以及完善的仿真軟件，可對汽車電子ECU進行完美測試，但這種測試系統(tǒng)價格昂貴，且在實際運用中汽車電子ECU無需進行如此復雜的測試，因此推廣率較低。文獻[9]提出基于N1硬件平臺的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)以HIL作為理論依據(jù)進行汽車電子ECU的網(wǎng)絡(luò)和功能測試，但這種系統(tǒng)的檢測流程較為復雜，效率低下。

為了解決以上問題，提出了基于PXI的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)，在PXI總線上添加適合的測試電路和設(shè)備，構(gòu)建功能完善的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)擁有較高的準確性和穩(wěn)定性。

1 基于PXI的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)由PXI總線模塊、電子監(jiān)控測試模塊、萬用表和計算機組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。PXI總線對汽車電子ECU進行數(shù)據(jù)的采集與初始化測試，并將數(shù)據(jù)傳輸于電子監(jiān)控測試模塊。電子監(jiān)控測試模塊將采集數(shù)據(jù)進行篩選和信號放大，并管控著電路的轉(zhuǎn)換和切斷操作。萬用表可對篩選出的數(shù)據(jù)信號電壓進行放大，并將數(shù)據(jù)信號電壓傳遞至計算機進行分析和控制。

1.2 PXI總線模塊設(shè)計

PXI總線模塊是PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的核心模塊，其主要功能是對汽車電子ECU系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集、測試與傳輸。PXI總線模塊由擴展卡、數(shù)控二極管、轉(zhuǎn)換卡和PXI拓展器組成，圖2為PXI總線電路原理圖。

由圖2可知，PXI總線模塊工作流程為：將需要進行測試的汽車電子ECU與PXI總線模塊中的擴展卡相連，利用擴展卡進行汽車電子ECU的數(shù)據(jù)采集與存儲。因擴展卡所需數(shù)據(jù)類型較為特殊，故二者在進行數(shù)據(jù)的傳輸前需要進行數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。采用某公司設(shè)計的MXI?4轉(zhuǎn)換芯片，無需進行復雜的算法編制便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

擴展卡擁有極高的存儲容量和防丟失性能，可進行數(shù)據(jù)協(xié)議的大量存儲。數(shù)控二極管是一種擁有兩個電極的電路元件，其在工作狀態(tài)下只允許電流從單一方向通過，并且能夠進行電流值的顯示。通過將擴展卡與數(shù)控二極管相連接，可防止系統(tǒng)在不穩(wěn)定的情況下電流逆流形成的數(shù)據(jù)亂碼，也能夠?qū)崟r監(jiān)測電路中的電流值，防止電路元件損傷。

由于經(jīng)由MXI?4轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后的協(xié)議數(shù)據(jù)不能被PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的其他模塊所識別，故在PXI總線模塊中安置轉(zhuǎn)換卡。轉(zhuǎn)換卡能夠?qū)f(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標準的電氣規(guī)范數(shù)據(jù)，并將其傳輸于PXI拓展器。由于汽車電子ECU在故障狀態(tài)下工作時的數(shù)據(jù)波動較大，且標準范圍并不惟一，故PXI拓展器會對傳輸來的數(shù)據(jù)進行初始化測試，將符合規(guī)定范圍附近的數(shù)據(jù)全部留用，再將測試數(shù)據(jù)傳輸于電子監(jiān)控測試模塊進行進一步的分析。

1.3 電子監(jiān)控測試模塊設(shè)計

電子監(jiān)控測試模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、汽車電子ECU故障的判定與鎖定以及監(jiān)控單元的自我檢修等功能，可對電源故障、信號故障、轉(zhuǎn)速故障和存儲故障等進行實時監(jiān)測。該模塊可以對溫度范圍為[-45 ℃，90 ℃]、用電電壓范圍為[DC 13 V，DC 15 V]的汽車電子ECU進行功能測試，測量范圍較大，可完美滿足市場需求，圖3是電子監(jiān)控測試模塊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖。

由圖3可知，電子監(jiān)控測試模塊由控制器、供電模塊、檢測模塊、信號收發(fā)器和開關(guān)控制器組成。

控制器是電子監(jiān)控測試模塊的核心組成部分，管控著模塊中供電系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和信號收發(fā)器的運行流程，一旦發(fā)現(xiàn)以上運行流程出現(xiàn)本末倒置或不正常停止的情況，控制器會對電子監(jiān)控模塊進行初始化操作，以保證PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的正常運行及其所測數(shù)據(jù)的準確性。

供電模塊可自動為電子監(jiān)控模塊供給能量，其中包含2個直流電源與2個交流電源，能夠滿足絕大部分汽車電子ECU的檢測用電需求。

檢測模塊不僅能夠快速檢測出數(shù)據(jù)中蘊含的汽車電子ECU故障，也能夠及時發(fā)現(xiàn)電路中電源和接點產(chǎn)生的故障，為PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的持續(xù)工作提供了保障，檢測模塊將檢測到的故障信息數(shù)據(jù)傳遞給信號收發(fā)器。

信號收發(fā)器能夠?qū)⒐收闲畔?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成各種類型的可視化數(shù)據(jù)信號（包括正弦信號、三角信號、脈沖信號等），方便開關(guān)控制器進行數(shù)據(jù)的解析。由于不同數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的可視化類型不同，而不同可視化類型所需轉(zhuǎn)換的電路也不同，當解析電路出現(xiàn)故障時，也需要進行電路的切斷操作，故加入開關(guān)控制器這一元件進行控制。開關(guān)控制器接收到信號收發(fā)器傳輸過來的數(shù)據(jù)后，需要對數(shù)據(jù)進行分類解析，并給出是否關(guān)閉、開啟電路開關(guān)的指令，以進行PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)電路的準確轉(zhuǎn)換。采用某公司生產(chǎn)的4P?600M開關(guān)控制器，該開關(guān)控制器能夠識別出的信號范圍較廣，最大開關(guān)電流為8 A，最大開關(guān)電壓為250 V和DC 40 V，短路電阻值為15 Ω。4P?600M開關(guān)控制器內(nèi)部擁有一個雙向型電源，通過對該電源的隔離或者正負極的對調(diào)，進而實現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)換和切斷。由于信號收發(fā)器無法進行數(shù)據(jù)的輸出操作，故電路轉(zhuǎn)換或切斷工作運行完畢后，信號收發(fā)器會自動開始搜尋開關(guān)控制器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給控制器。最后，控制器將電子監(jiān)控測試模塊篩選后的數(shù)據(jù)傳輸給萬用表。

1.4 萬用表設(shè)計

由于電子監(jiān)控測試模塊輸出數(shù)據(jù)的信號電壓范圍是[-10 V，10 V]，而汽車電子ECU供電電壓一般為15 V，需要將輸出數(shù)據(jù)的信號電壓進行放大才能夠被PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)所使用，因此在系統(tǒng)電路中引入萬用表這一元件。選用某公司設(shè)計的KEW1019R萬用表，該萬用表具有自動充放電能力，可在電源故障的情況下連續(xù)正常工作180 h，且準確度高、顯示清晰、過載能力強，圖4是KEW1019R萬用表連接電路圖。

分析圖4可知，萬用表不僅可以對數(shù)據(jù)的信號電壓進行放大，也可檢測PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)中各電路元件（包括電阻、電容、電感等）的工作性能，便于第一時間對損壞或不符合系統(tǒng)電路需求的元件進行更換，令所獲取到的汽車電子EUC測量數(shù)據(jù)更加精準。在電路中加入了緩沖器，這是為了防止萬用表突然輸出過大的放大電壓損壞電路其他元件。放大后的電壓被傳輸于計算機進行進一步處理。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

利用LabVIEW軟件對PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)進行編程。LabVIEW軟件擁有巨大的編程數(shù)據(jù)庫，包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、通用接口總線、設(shè)置斷點、單步執(zhí)行、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲等，為程序的調(diào)試提供了便利。系統(tǒng)的測試流程為：首先讀取PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的配置文件，為整個系統(tǒng)的初始化工作做好準備。配置文件主要有：統(tǒng)計過程控制、系統(tǒng)配件類型、極限文件和主機配置類型等。系統(tǒng)初始化后便可以開始數(shù)據(jù)的采集與篩選工作，測試流程啟動后，當采集的數(shù)據(jù)不符合事先設(shè)定的電氣規(guī)范標準值時，系統(tǒng)將進行不間斷的數(shù)據(jù)采集，采集和篩選工作同時進行，采集的數(shù)據(jù)量達到一定數(shù)值后，測試工作開始。當檢測出汽車電子ECU具有某項故障時，則自動將此故障輸出并保存至計算機中。循環(huán)進行數(shù)據(jù)的采集、篩選和檢測工作，直至將所有故障數(shù)據(jù)存儲完畢。圖5為系統(tǒng)測試流程圖。

%循環(huán)測試并存儲結(jié)果

3 實驗分析

為驗證所設(shè)計的PIX汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性，實驗在裝有某汽車電子ECU的汽車上分別進行虛擬汽車電子ECU功能測試和PIX汽車電子ECU功能測試，現(xiàn)假設(shè)兩輛汽車的行駛初始速率和加速度均相同，分別記錄兩輛汽車的位移、實時速度和系統(tǒng)給出指令的時間，經(jīng)分析后繪制出曲線圖。

圖6、圖7分別為虛擬汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)準確性和本文功能測試系統(tǒng)準確性。

可以看出，虛擬汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)準確度曲線較為雜亂，且平均準確度僅為55%，無法對汽車電子ECU進行準確測試，對汽車的行駛安全造成了一定影響；而本文測試系統(tǒng)的準確度曲線較為平穩(wěn)，平均測試準確度較高，為80%，驗證了PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的準確性。

圖8、圖9分別為虛擬汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)故障排除曲線和本文功能測試系統(tǒng)故障排除曲線。通過分析兩個功能測試系統(tǒng)的故障排除率即可確定二者穩(wěn)定性能的優(yōu)劣情況。

由圖8、圖9可知，虛擬汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)在下達指令的初期故障排除率較高，但曲線整體呈大幅度下降趨勢，即系統(tǒng)穩(wěn)定性較低；而本文測試系統(tǒng)的故障排除曲線較為穩(wěn)定，故障排除率的最大值和最小值分別為99%和83%，故障排除率整體較高且波動較小，驗證了PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 論

本文提出基于PXI的汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PXI總線、電子監(jiān)控測試模塊、萬用表和計算機組成。PXI總線對汽車電子ECU進行數(shù)據(jù)的采集與初始化測試，并將數(shù)據(jù)傳輸給電子監(jiān)控測試模塊。電子監(jiān)控測試模塊由控制器、供電系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、信號收發(fā)器和開關(guān)控制器組成。供電系統(tǒng)為電子監(jiān)控模塊供電，檢測系統(tǒng)將檢測出的故障數(shù)據(jù)傳遞給信號收發(fā)器進行信號轉(zhuǎn)變。開關(guān)控制器通過分析故障信號進行電路的轉(zhuǎn)換或切斷操作。控制器管控著整個電子監(jiān)控測試模塊的運行流程，并將篩選后數(shù)據(jù)傳輸給萬用表。萬用表對接收到的數(shù)據(jù)信號電壓進行放大并傳遞至計算機。軟件設(shè)計部分，給出了PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)的測試流程及其故障的排除算法。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的PXI汽車電子ECU功能測試系統(tǒng)擁有較高的準確性和穩(wěn)定性。

參考文獻

[1] 霍淑珍.基于PXI系統(tǒng)的汽車電控類產(chǎn)品測試系統(tǒng)設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2015，28（5）：107?109.

[2] 莫太平，蔡習文，張明志.汽車ECU測試系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].自動化與儀表，2014，29（7）：35?38.

[3] 李智，龔元明.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的汽車ECU數(shù)據(jù)交互模塊研究[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015，15（12）：46?49.

[4] 劉耀鋒，鄔昌盛.基于RTW的C代碼生成及其在汽車ECU開發(fā)中的應(yīng)用[J].機電一體化，2014，20（3）：41?45.

[5] 任國峰，田豐，楊林.發(fā)動機控制器ECU中功率管的溫度預測研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2014，41（5）：8?13.

[6] 張洪財，胡澤春，宋永華，等.考慮時空分布的電動汽車充電負荷預測方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（1）：13?20.

[7] 韓文忠.論汽車電控發(fā)動機常見故障排除與維修[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2014，19（7）：193?194.

[8] 徐智威，胡澤春，宋永華，等.基于動態(tài)分時電價的電動汽車充電站有序充電策略[J].中國電機工程學報，2014，34（22）：3638?3646.

[9] 劉柏良，黃學良，李軍，等.含分布式電源及電動汽車充電站的配電網(wǎng)多目標規(guī)劃研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（2）：450?456.