""本文所介紹的測(cè)試系統(tǒng)不僅能夠?qū)ζ?chē)數(shù)字儀表進(jìn)行在線測(cè)試，而且作為具備CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的測(cè)試設(shè)備可以進(jìn)一步升級(jí)為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)診斷測(cè)試系統(tǒng)。""- 全周 劉, 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心
挑戰(zhàn):
在汽車(chē)智能數(shù)字儀表的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，數(shù)字儀表所需要采集的信息量比較多，各種車(chē)型的信息參數(shù)又差別較大，這些問(wèn)題的存在給儀表的實(shí)車(chē)測(cè)試和參數(shù)標(biāo)定帶來(lái)了困難。為了在開(kāi)發(fā)過(guò)程中能夠快速有效的測(cè)試系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套測(cè)試系統(tǒng)，它能夠模擬產(chǎn)生汽車(chē)上的各種參數(shù)信息，快速的對(duì)設(shè)計(jì)儀表進(jìn)行全面的測(cè)試，節(jié)約臺(tái)架或?qū)嵻?chē)測(cè)試時(shí)間，降低測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)。
解決方案:
利用NI公司的軟硬件產(chǎn)品，結(jié)合一塊自行研發(fā)的數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡構(gòu)成數(shù)字式儀表在線測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)模擬數(shù)字儀表測(cè)試所需要的車(chē)輛的各種狀態(tài)參數(shù)和信號(hào)，包括模擬、數(shù)字、開(kāi)關(guān)量及CAN等信號(hào)，驅(qū)動(dòng)待測(cè)數(shù)字儀表，模擬車(chē)輛相關(guān)狀態(tài)工作并反饋數(shù)字儀表的工作狀態(tài)信息。通過(guò)NI公司的LabVIEW軟件平臺(tái)對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，最終提供了一個(gè)完整的汽車(chē)智能數(shù)字儀表的測(cè)試方案。
作者:
全周 劉 - 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心
宏偉 張 - 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心
春華 汪 - 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
汽車(chē)智能數(shù)字儀表測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)要求針對(duì)不同的車(chē)型，能夠模擬產(chǎn)生出儀表所需的各種采集信號(hào)信息，并且能夠通過(guò)CAN接口與被測(cè)儀表進(jìn)行通信。本文介紹的測(cè)試系統(tǒng)包括以下主要功能。
1）車(chē)速里程表的脈沖信號(hào)模擬產(chǎn)生
2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表的脈沖信號(hào)模擬產(chǎn)生
3）車(chē)輛燃油表信號(hào)模擬產(chǎn)生
4）車(chē)輛水溫表信號(hào)模擬產(chǎn)生
5）各種車(chē)燈、車(chē)窗、車(chē)門(mén)等車(chē)身開(kāi)關(guān)信號(hào)模擬產(chǎn)生
6）數(shù)字儀表具有CAN通信接口，作為一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，可以與車(chē)上CAN網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：
數(shù)字儀表測(cè)試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括主控制器、PXI板卡、信號(hào)接線盒、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換板卡、供電電源以及被測(cè)試儀表等主要部分。NI公司提供的PXI模塊化板卡設(shè)備具有體積小、速度快、易擴(kuò)展等特點(diǎn)，因此在硬件設(shè)計(jì)方面我們采用了PXI板卡產(chǎn)生汽車(chē)儀表所需的各種信號(hào)。汽車(chē)數(shù)字儀表的里程表和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表需要采集的是數(shù)字脈沖信號(hào)，不同的車(chē)型由于采用的傳感器不同，所輸出的脈沖信號(hào)高電平從3V-12V不等。為了能夠全面測(cè)試設(shè)計(jì)儀表的信號(hào)，采用PXI-6624板卡，配合外部供電電路，產(chǎn)生儀表所需的一系列數(shù)字脈沖信號(hào)。PXI-6624是工業(yè)級(jí)隔離的32位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器PXI接口板卡，具有８路隔離的通道，我們采用Couter0和 Counter1作為車(chē)速表和轉(zhuǎn)速表的脈沖信號(hào)提供通道。燃油表和水溫表采集的是模擬信號(hào)，PXI-6233能夠輸出4路10V模擬電平信號(hào)，PXI-6713能夠輸出8路10V模擬電平信號(hào)，我們選擇PXI-6713或者PXI-6233的2個(gè)模擬輸出通道作為燃油表和水溫表的模擬信號(hào)提供通道。由于儀表上的開(kāi)關(guān)量信號(hào)比較多，如剎車(chē)、左右轉(zhuǎn)向燈、燃油報(bào)警、水溫報(bào)警以及左右車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)信號(hào)等，他們之間產(chǎn)生的干擾也比較大。我們選用PXI-6528對(duì)儀表的開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制，PXI-6528是高速隔離的數(shù)字I/O通道，輸入和輸出通道分別獨(dú)立，有效的抑制了信號(hào)之間的干擾。
采用一塊數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡來(lái)完成儀表參數(shù)的標(biāo)定以及作為CAN 節(jié)點(diǎn)與車(chē)上其他CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，該卡的主要功能是完成串口信號(hào)與CAN信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換功能，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡的目的一是為了節(jié)約成本，二是考慮到大多數(shù)臺(tái)式機(jī)或筆記本沒(méi)有CAN接口。通過(guò)這個(gè)板卡對(duì)被控儀表的特征參數(shù)，如車(chē)輛的特征系數(shù)、傳感器的傳感系數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)的速比以及儀表的一些標(biāo)定參數(shù)等進(jìn)行設(shè)定。由于目標(biāo)車(chē)型不確定，儀表的一些特征參數(shù)需要實(shí)車(chē)測(cè)試才能最后標(biāo)定，所以該板卡可作為以后儀表參數(shù)標(biāo)定用。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：
儀表測(cè)試系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW 8.20平臺(tái)。LabVIEW是基于圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有功能強(qiáng)大的函數(shù)模塊庫(kù)，特別適用于測(cè)試和控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。結(jié)合NI的硬件模塊，能夠方便的進(jìn)行采集和分析相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)。考慮到儀表整體功能測(cè)試和模塊功能測(cè)試的需要，整個(gè)系統(tǒng)主要包括界面模塊和各個(gè)功能測(cè)試模塊。根據(jù)信號(hào)類(lèi)型將儀表功能測(cè)試分為：車(chē)速表測(cè)試模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表測(cè)試模塊、燃油表測(cè)試模塊、水溫表測(cè)試模塊、開(kāi)關(guān)量測(cè)試模塊、CAN通信測(cè)試模塊以及參數(shù)設(shè)置模塊等主要功能模塊。汽車(chē)儀表測(cè)試系統(tǒng)的軟件總體功能框圖如圖2所示。
1.界面模塊
測(cè)試平臺(tái)左側(cè)是各種模塊功能測(cè)試的切換按鍵，可以切換到單個(gè)功能模塊的測(cè)試項(xiàng)目。右側(cè)主界面模擬汽車(chē)儀表板的顯示界面，如車(chē)速表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報(bào)警和開(kāi)關(guān)信號(hào)等信息顯示。在進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，工作人員通過(guò)主界面即可觀測(cè)到儀表測(cè)試的整體功能。主界面前面板如圖3所示，控制框圖如圖4所示。
2.模塊測(cè)試設(shè)計(jì)
車(chē)速表的測(cè)試需要預(yù)先了解設(shè)定目標(biāo)車(chē)型的特征參數(shù)，如車(chē)輛特征系數(shù)、車(chē)速傳感器的傳感系數(shù)等，然后通過(guò)數(shù)據(jù)通信卡（CAN總線信號(hào)）將特征參數(shù)下載到被測(cè)儀表，按照測(cè)試要求產(chǎn)生脈沖信號(hào)，信號(hào)的幅值、頻率可以通過(guò)手動(dòng)／自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，車(chē)速信號(hào)具備超速報(bào)警提示功能，根據(jù)設(shè)定的超速門(mén)限值，高于該門(mén)限值時(shí)，通過(guò)主界面前面板上的超速報(bào)警燈閃爍來(lái)提示。測(cè)試過(guò)程也可以手動(dòng)／自動(dòng)進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果存檔以備查詢(xún)。
車(chē)速表測(cè)試模塊的設(shè)計(jì)采用狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)模式，如圖5所示。主要分為開(kāi)始、獲取參數(shù)、手動(dòng)／自動(dòng)選擇、采集（手動(dòng)）、檢查時(shí)間（自動(dòng)）、輸出信號(hào)和停止等狀態(tài)。其中參數(shù)的獲取主要是獲取前面板上特征系數(shù)和傳感系數(shù)的參數(shù)值。通常，這兩個(gè)值在儀表參數(shù)標(biāo)定的時(shí)候需要在線修改。檢查時(shí)間是指按照程序規(guī)定的時(shí)間輸出規(guī)定的信號(hào)，本系統(tǒng)中采取三角波模式的車(chē)速變化趨勢(shì)對(duì)儀表進(jìn)行測(cè)試，它的控制框圖如下圖6所示。
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表測(cè)試模塊類(lèi)似于車(chē)速表測(cè)試模塊，區(qū)別在于它的特征參數(shù)不同。根據(jù)特定車(chē)型的情況，通過(guò)數(shù)據(jù)通信卡（CAN總線信號(hào)）將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比下載到被測(cè)儀表，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
燃油表的測(cè)試需要預(yù)先設(shè)定目標(biāo)車(chē)型的燃油測(cè)試范圍以及燃油門(mén)限報(bào)警值，通過(guò)數(shù)據(jù)通信卡（CAN總線信號(hào)）將參數(shù)值下載到被測(cè)儀表，然后按照測(cè)試要求開(kāi)始測(cè)試。根據(jù)設(shè)定的燃油門(mén)限值，低于該門(mén)限值時(shí)，通過(guò)主界面前面板上的燃油報(bào)警燈閃爍提示。測(cè)試過(guò)程可以手動(dòng)／自動(dòng)進(jìn)行。
燃油表的測(cè)試采用狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)模式，主要分為開(kāi)始、獲取參數(shù)、手動(dòng)／自動(dòng)、采集、檢查報(bào)警、輸出信號(hào)等狀態(tài)。水溫表的測(cè)試同燃油表，在此不做具體說(shuō)明。
3.CAN通信測(cè)試模塊
所有的模塊測(cè)試之前首先需要對(duì)該模塊的參數(shù)進(jìn)行初始化，如進(jìn)行特征系數(shù)、傳感系數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)速比、超速門(mén)限、燃油門(mén)限、水溫門(mén)限以及測(cè)量范圍等參數(shù)的設(shè)置。數(shù)據(jù)通信采用CAN協(xié)議，鑒于成本方面的考慮，我們?cè)贚abVIEW上對(duì)串口進(jìn)行操作，然后通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換板卡輸出CAN信號(hào)，CAN信號(hào)直接與被測(cè)儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因此，需要定義一個(gè)簡(jiǎn)單的CAN通信協(xié)議。測(cè)試系統(tǒng)作為CAN網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)ID號(hào)可以根據(jù)需求自行設(shè)定，數(shù)據(jù)區(qū)域由命令字、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)位組成。以下圖7為CAN通信前面板圖，表1是儀表參數(shù)設(shè)定CAN通信簡(jiǎn)單協(xié)議。
測(cè)試結(jié)果分析
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有車(chē)輛安裝的數(shù)字儀表進(jìn)行測(cè)試，各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)如速度傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量誤差均滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)QC/T 727-2004的要求。同時(shí)作為CAN節(jié)點(diǎn)，根據(jù)特定的CAN應(yīng)用協(xié)議，能夠有效實(shí)現(xiàn)汽車(chē)儀表的參數(shù)設(shè)定及CAN網(wǎng)絡(luò)通信。
總結(jié)
采用NI的PXI平臺(tái)以及靈活方便的LabVIEW軟件系統(tǒng)，使得我們?cè)诙唐趦?nèi)構(gòu)建了一套汽車(chē)數(shù)字儀表產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、測(cè)試、評(píng)估多功能于一體的測(cè)試平臺(tái)。通過(guò)對(duì)實(shí)際儀表的測(cè)試，結(jié)果表明該套測(cè)試系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的完成對(duì)被測(cè)儀表的各項(xiàng)功能測(cè)試，并且該系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性，可以很方便的移植到其他產(chǎn)品的測(cè)試方案中，為我們后續(xù)汽車(chē)電子產(chǎn)品的研發(fā)積累了測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。
