霍淑珍（天津市職業(yè)大學(xué)，　天津　300402）

基于PXI系統(tǒng)的汽車(chē)電控類(lèi)產(chǎn)品測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

霍淑珍
（天津市職業(yè)大學(xué)，天津300402）

汽車(chē)電控類(lèi)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車(chē)的數(shù)字化控制，被用于不同的汽車(chē)子系統(tǒng)中，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，傳動(dòng)控制系統(tǒng)，車(chē)身控制系統(tǒng)等。論文針對(duì)這類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了適用于該類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)制造的測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)以PXI系統(tǒng)為核心，能夠適用于不同電控類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)測(cè)試中。在電控類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量提高起到非常重要作用。

PXI；測(cè)試系統(tǒng)；LabWindows CVI；汽車(chē)電子

0　引言

現(xiàn)代汽車(chē)各個(gè)子系統(tǒng)中廣泛使用了多種電子控制產(chǎn)品，各個(gè)產(chǎn)品功能不同，有著不同數(shù)量和種類(lèi)的輸入輸出形式，輸入有開(kāi)關(guān)量，模擬量，頻率信號(hào)等，輸出有線圈，電磁閥，電機(jī)等。汽車(chē)電子控制單元將各種輸入信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理整形等處理進(jìn)入CPU，通過(guò)控制算法計(jì)算，然后通過(guò)輸出電路控制系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。根據(jù)其不同的應(yīng)用場(chǎng)合，電路復(fù)雜程度不同，控制的目標(biāo)也不相同，所需的測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜程度也就有所區(qū)別。本文設(shè)計(jì)了基于PXI系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有通用性，通過(guò)更換負(fù)載箱和夾具滿足不同負(fù)載，不同功能多種類(lèi)產(chǎn)品自動(dòng)化測(cè)試的要求。

1　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。在硬件設(shè)計(jì)上采用PXI產(chǎn)品提供所需的硬件資源進(jìn)行控制及測(cè)量，考慮負(fù)載和輸入量的不確定性設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展的卡箱和可以安插在卡槽中的繼電器開(kāi)關(guān)卡及矩陣開(kāi)關(guān)卡。單個(gè)系統(tǒng)總共安裝5個(gè)卡箱，依次分別安裝PIN卡，源設(shè)備矩陣卡，測(cè)量設(shè)備矩陣卡，2A繼電器卡和10A繼電器卡。每個(gè)機(jī)箱可以安裝12塊卡，機(jī)箱的卡通過(guò)總線控制，每塊卡都有自己的片選信號(hào)線，公用控制總線和數(shù)據(jù)總線。機(jī)箱的控制通過(guò)PCI-DIO96進(jìn)行控制?？梢愿鶕?jù)需要選擇卡的種類(lèi)和數(shù)量。繼電器開(kāi)關(guān)卡設(shè)計(jì)成10A和2A兩種規(guī)格。10A卡具有20條通道，總共可以有240路通道。2A卡具有48條通道，總共可以有576條通道。如果需要更大規(guī)格繼電器可以通過(guò)2A繼電器進(jìn)行控制。通過(guò)采用定制的卡可以節(jié)省成本，避免使用昂貴的PXI型產(chǎn)品而且可以適應(yīng)電控類(lèi)單元輸出負(fù)載大的特點(diǎn)。通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)卡實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品負(fù)載接通與斷開(kāi)，模擬各種故障狀態(tài)等。

矩陣開(kāi)關(guān)在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中占有重要的位置，具有信息交換中樞的作用。信號(hào)源、電源等激勵(lì)信號(hào)通過(guò)矩陣開(kāi)關(guān)能夠自動(dòng)切換到被測(cè)對(duì)象的任意輸入端口，相應(yīng)的被測(cè)對(duì)象輸出端口的信號(hào)通過(guò)矩陣開(kāi)關(guān)能夠自動(dòng)切換到相應(yīng)的測(cè)試儀器、儀表［1］。本系統(tǒng)中源設(shè)備矩陣卡與測(cè)量矩陣卡是同一種卡，只是連接有區(qū)別。源設(shè)備卡箱的每一塊卡的列線與產(chǎn)品的輸入端相連接同時(shí)與PIN卡通過(guò)接口相連接。PIN卡提供每個(gè)輸入信號(hào)的上拉下拉互相接通等操作，同時(shí)將信號(hào)引入到MIO6031E進(jìn)行A/D測(cè)量。該卡模擬了產(chǎn)品輸入信號(hào)的上拉下拉操作，而A/ D測(cè)量能夠測(cè)試所連接管腳的電氣性能。對(duì)于電壓或頻率等輸入信號(hào)，通過(guò)源設(shè)備矩陣卡及卡箱槽中的儀表卡引入到相應(yīng)的信號(hào)源。儀表卡安插在卡箱的第一槽中，行總線與卡箱背板的行總線相連接，12組列線可以使每個(gè)輸入端連接到最多12種儀器設(shè)備。源設(shè)備卡箱最多可以連接到352路產(chǎn)品的輸入端上。測(cè)量矩陣系統(tǒng)可以將測(cè)量?jī)x器儀表等設(shè)備連接到產(chǎn)品輸出端或需要測(cè)量的任何地方。例如將萬(wàn)用表NI4070引到某一輸出端進(jìn)行電壓測(cè)量，還可以使用四線法進(jìn)行電阻測(cè)量等。當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，可以通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路引入到測(cè)量?jī)x表端。測(cè)量矩陣卡箱最多可以測(cè)量352路信號(hào)。所有硬件資源引出到易插拔的VPC連接器上，該連接器可以無(wú)限次插拔。待測(cè)產(chǎn)品的負(fù)載箱和產(chǎn)品連接用的夾具采用配套的VPC連接器實(shí)現(xiàn)快速更換，從而實(shí)現(xiàn)了不同產(chǎn)品的快速切換。系統(tǒng)各個(gè)單元的連接及結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure

1.1硬件配置及功能

（1）工控機(jī)。選擇工控機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，可以使得系統(tǒng)安插更多的資源，配置更為靈活。PCI插槽中安插PXI機(jī)箱通訊卡，8-Port多串口卡，兩塊PCI-DIO96卡和PCI-8152CAN 卡 。PCIDIO96是具有96通道的數(shù)字I/O卡，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的卡箱提供驅(qū)動(dòng)并且查詢系統(tǒng)某些傳感器的狀態(tài)。系統(tǒng)可以通過(guò)多串口卡和CAN卡PCI-8512與產(chǎn)品進(jìn)行通訊。

（2）PXI設(shè)備?；赑XI總線的測(cè)試技術(shù)代表了目前較先進(jìn)的總線測(cè)試技術(shù)，其特點(diǎn)是高性能、體積小、低成本，適用于電子系統(tǒng)的組、部件測(cè)試［2～7］。系統(tǒng)采用NI PXI-8042型8-Slot機(jī)箱，采用如下硬件：

NI PXI-6115模塊具有4條采樣通道，每通道采樣率10 MS/s，16位垂直分辨率。2路12位模擬輸出，4 MS/s。該板卡輸入通道連接到測(cè)量設(shè)備卡槽的儀表卡上，輸出連接到源設(shè)備卡箱的儀表卡上。使用該卡能夠測(cè)試電子單元輸出的波形，并且為頻率信號(hào)提供輸入。

NI PXI-4070為高性能的數(shù)字萬(wàn)用表，61/2位測(cè)量精度下，測(cè)量速度為100 S/s。該設(shè)備提供了對(duì)電子單元的電壓、電流和電阻等多種信號(hào)的測(cè)量能力。

NI PXI-MIO6031E具有64路單端或32路差分型的A/D轉(zhuǎn)化器，分辨率為16bits。在本系統(tǒng)中和PIN卡的每一路相連接，共192路，對(duì)電子單元連接到信號(hào)源列線的輸入進(jìn)行A/D測(cè)量。

（3）臺(tái)式設(shè)備。臺(tái)式設(shè)備包括可編程電源N6700和其他非PXI型設(shè)備。臺(tái)式設(shè)備使用GPIB進(jìn)行通訊控制。

1.2繼電器和矩陣卡結(jié)構(gòu)

繼電器開(kāi)關(guān)卡和矩陣卡是本系統(tǒng)的核心，滿足了系統(tǒng)靈活配置的要求。在這里以矩陣卡為例介紹本系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)卡，其它卡的驅(qū)動(dòng)及控制方式類(lèi)似，只是繼電器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了總線結(jié)構(gòu)，同一卡箱內(nèi)的板卡共享總線，滿足該總線結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)單元插入到該總線上，共享總線，一條總線由PCI DIO96的一組I/O進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，原理上不同類(lèi)型的卡可以插入到同一卡箱中?？偩€上的數(shù)據(jù)通過(guò)緩沖器MC74HC541ADW進(jìn)入板卡，然后進(jìn)入鎖存器MC74HC273ADW。鎖存器的數(shù)量根據(jù)驅(qū)動(dòng)繼電器的數(shù)量不同而不同，在矩陣開(kāi)關(guān)卡中有八片鎖存器。鎖存器的CLK端通過(guò)與門(mén)MC74HC32AD的輸出控制。與門(mén)的輸入由板卡的片選信號(hào)和MC74HC138AD譯碼器的輸出控制。當(dāng)某個(gè)鎖存器有效，鎖存器的輸出驅(qū)動(dòng)八路Mosfet，通過(guò)Mosfet驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。背板總線的控制總線包括板卡的片選信號(hào)和板卡鎖存器的選擇信號(hào)以及鎖存器的復(fù)位信號(hào)等。矩陣開(kāi)關(guān)卡的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　板卡結(jié)構(gòu)Fig.2 Cards Structure

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Lab windows CVI編寫(xiě)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。Lab Windows CVI是NI公司推出的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具［8］。軟件包括用戶界面、儀器設(shè)備控制及驅(qū)動(dòng)、測(cè)試項(xiàng)目、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、路徑控制等幾個(gè)部分。交互界面提供了系統(tǒng)的統(tǒng)一的人機(jī)交互接口。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤(pán)或者數(shù)據(jù)庫(kù)中。路徑控制模塊向CAM服務(wù)器查詢產(chǎn)品生產(chǎn)流程控制信息。軟件組成如圖3所示。具體測(cè)試項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)需要系統(tǒng)軟件和產(chǎn)品內(nèi)部測(cè)試軟件共同配合，完成整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量測(cè)試。產(chǎn)品內(nèi)部測(cè)試軟件是獨(dú)立于產(chǎn)品應(yīng)用軟件專門(mén)為工廠測(cè)試而開(kāi)發(fā)的。實(shí)際應(yīng)用中可以以多種方式讓產(chǎn)品進(jìn)入測(cè)試模式也可以當(dāng)產(chǎn)品測(cè)試完成后擦除測(cè)試軟件，重新刷寫(xiě)產(chǎn)品的應(yīng)用軟件。

圖3　軟件組成Fig.3 Software structure

2.1程序流程

系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先讀取系統(tǒng)的INI配置文件，該文件包括SPC，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，產(chǎn)品型號(hào)以及對(duì)應(yīng)的限值文件，線程配置等信息。然后初始化各個(gè)儀器設(shè)備，如果設(shè)備正常，則根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置情況，啟動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)測(cè)試線程。系統(tǒng)為多線程模式，可以有一個(gè)線程或多個(gè)線程。每個(gè)線程有自己的交互面板，用于顯示該線程的當(dāng)前型號(hào)，測(cè)試模式，當(dāng)前狀態(tài)，測(cè)試項(xiàng)目等信息。線程啟動(dòng)后在主窗口內(nèi)顯示各個(gè)線程的界面。每個(gè)線程對(duì)應(yīng)一個(gè)產(chǎn)品，所以在具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，要確定線程及所測(cè)產(chǎn)品數(shù)量并且分配好硬件資源。每個(gè)線程啟動(dòng)后，不斷地查詢產(chǎn)品是否開(kāi)始測(cè)試的信號(hào)，當(dāng)被觸發(fā)后，開(kāi)始產(chǎn)品測(cè)試序列進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試，顯示并判斷系統(tǒng)的每一個(gè)項(xiàng)目的測(cè)量結(jié)果，根據(jù)設(shè)置情況系統(tǒng)選擇遇到失敗項(xiàng)目后是否進(jìn)行下面的測(cè)試內(nèi)容，如果選擇為停止測(cè)試，系統(tǒng)則顯示失敗項(xiàng)目并且停止測(cè)試，如果選擇不停止，則系統(tǒng)繼續(xù)測(cè)試直到所有項(xiàng)目完成。測(cè)試項(xiàng)目完成后，顯示產(chǎn)品的測(cè)量結(jié)果。并將測(cè)試結(jié)果傳入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。軟件流程如圖4所示。

圖4　程序流程Fig.4 Program flow

2.2測(cè)試項(xiàng)目

測(cè)試項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)在DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，加載動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL。開(kāi)發(fā)人員可以只編寫(xiě)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)，不用考慮其它部分的實(shí)現(xiàn)工作。

測(cè)試項(xiàng)目DLL文件實(shí)現(xiàn)了電子單元要求的所有測(cè)試項(xiàng)目。在測(cè)試項(xiàng)目DLL中調(diào)用儀器設(shè)備的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所用儀器設(shè)備的控制，產(chǎn)生需要的激勵(lì)信號(hào)，或者對(duì)于需要測(cè)量的量進(jìn)行測(cè)量。在編寫(xiě)DLL代碼時(shí)，需要控制某設(shè)備，首先將該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)加入到軟件的工程項(xiàng)目中。然后，在儀器初始化函數(shù)中將所有用到的儀器進(jìn)行初始化，得到該儀器設(shè)備的驅(qū)動(dòng)句柄，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的控制，設(shè)置或讀取所需的信息。

例如對(duì)電源的初始化的操作如下：

agN67xx_init（"USB0：2391：2311：MY43016809：0：：INSTR"，VI_FALSE，VI_TRUE，&ag_6700）；

該函數(shù)根據(jù)第一個(gè)參數(shù)所提供的儀器設(shè)備在系統(tǒng)內(nèi)的名稱得到該儀器設(shè)備的操作句柄，并將其存放在變量ag_6700內(nèi)。對(duì)于該儀器設(shè)備的操作如下：

gN67xx_outputVoltCurr（ag_6700，2，46，0.5）；

agN67xx_setOutputEnabled（ag_6700，2，1）；

第一個(gè)函數(shù)設(shè)置電源二通道的電壓值為46伏，電流限壓值為0.5安。第二個(gè)函數(shù)將電源的輸出設(shè)為使能狀態(tài)。

針對(duì)所設(shè)計(jì)的板卡系統(tǒng)，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了驅(qū)動(dòng)函數(shù)例如對(duì)于繼電器控制卡，其驅(qū)動(dòng)代碼如下：

RlyCnt（"68"，ON）；RlyCnt（"68"，OFF）；

該函數(shù)將設(shè)置68號(hào)繼電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

對(duì)于開(kāi)關(guān)陣列卡的驅(qū)動(dòng)函數(shù)如下：

RlySetScan（21，1，INST_DMMV，NO_INST，NO_SCAN，NO_INST，NO_INST，NO_SCAN，NO_SCAN，NO_INST，NO_ INST，NO_SCAN，NO_INST，NO_INST）；

該函數(shù)設(shè)置了將列線21和列線1連接到萬(wàn)用表1的正負(fù)兩端。后面的參數(shù)可以設(shè)定是否連接到其他儀器設(shè)備。如果將21和1顛倒位置，則將1連接到萬(wàn)用表的正端，21連接到萬(wàn)用表的負(fù)端。

有了儀器的控制和開(kāi)關(guān)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)后可以較容易的實(shí)現(xiàn)測(cè)試項(xiàng)目的要求。例測(cè)量如產(chǎn)品的某一管腳開(kāi)路狀態(tài)下的電壓值，測(cè)試代碼實(shí)現(xiàn)如下：

RlySetScan（15，1，INST_DMMV，NO_INST，NO_SCAN，NO_INST，NO_INST，NO_SCAN，NO_SCAN，NO_INST，

NO_INST，NO_SCAN，NO_INST，NO_INST）；

Sleep（100）；

DmmGetMeas（&dwResult， DMM_SAMPLE_1，DMM_TIMEOUT_1s，DMM_ARM_IMM）；

CheckLimits（CurrentState，TestInfo，dwResult）；

首先現(xiàn)將萬(wàn)用表的兩端連接到該管腳和產(chǎn)品的地上，然后等待100毫秒的電氣穩(wěn)定時(shí)間，測(cè)量?jī)啥说碾妷褐怠?/p>

當(dāng)所有測(cè)試項(xiàng)目完成后或者遇到失敗項(xiàng)目且不要求繼續(xù)測(cè)試的情況下，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置將結(jié)果存儲(chǔ)進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)或者硬盤(pán)上記錄測(cè)試結(jié)果。

3　結(jié)論

系統(tǒng)完成后，首先進(jìn)行單產(chǎn)品1000次循環(huán)測(cè)試，系統(tǒng)MSA及CPK分析，性能測(cè)試結(jié)果參考文獻(xiàn)：

滿足Gage R&R＜10%，CPK＞1.67等TS2審核要求。在正式產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)踐證明該系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，可擴(kuò)展性好，能夠滿足不同種類(lèi)的電子單元測(cè)試指標(biāo)的需要。

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Test System Design for Electric Control Units of Vehicles Based on PXI System

HUO Shu-Zhen
（Tianjin Vocational Institute，Tianjin 300402，China）

Digital control technology is very important parts in vehicle control by using electronic control units such as engine control，transmission control and body control.In this paper，the testing system which is suitable for mass production quality control is introduced.The system is based on PXI system and can be configured to use in different products and is proved to be efficient in control the product quality.

PXI；test system；Labwindows CVI；vehicle electronic

TB47

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.040

1002-6673（2015）05-107-04

2015-03-15

霍淑珍（1976-），女，副教授。研究方向：電機(jī)控制，自動(dòng)檢測(cè)，控制理論。