电气性能测试系统的研究

2018-12-06魏士勇

商品与质量 2018年44期

魏士勇

泰安航天特种车有限公司山东泰安 271000

1 整车控制策略的编制

在设计期间，需要勾画出整车的控制策略框架，计算整车电路系统大概包括哪些用电单元，其负载大致多大，每个用电单元采取何种控制方式，同时需要对整车的用电器进行初步确定。并设计整车电器控制图，进行整车电器的匹配、集成，在电路的设计中，电路的安全是需要重点考虑的一个问题，也就是说必须考虑到电路的保护和电路的控制，及整个电路中各个元件的匹配。满足以上设计要求需要开发阶段对整车电子电器系统做必要的测试验证。

2 硬件系统设计

整车电性能测试系统的硬件集成于一个便携式机箱内，设计紧凑便于携带。

2.1 CRIO实时控制器

控制器是整个测试系统的核心，本文选用NI公司的CompactRIO-9068嵌入式系统，由实时控制器和可重配置的FPGA两部分组成。其中实时控制器包含一个667MHz双核ARM Cortex-A9工业级处理器，能够可靠而准确地执行LabVIEW实时应用程序，并可提供多速率控制、进程执行跟踪、板载数据存储及与外部设备通讯等功能；内嵌的8槽LX45FPGA可重置机箱能够直接和每个I/O模块相连，可高速访问I/O电路并灵活实现定时、触发和同步等功能。1GB 非易失性存储、512MB DDR3内存、2个千兆以太网端口、1个USB高速端口和3个串行端口。

2.2 数据采集模块

数据采集模块选用NI C系列I/O板卡，包含隔离、转换电路、信号调理等功能，并可直接与工业传感器或执行机构相连，大幅度降低了测试空间的需求和现场布线成本。根据测试需求选用NI 9853、NI 9221、NI 9205、NI 9227、NI 9213采集板卡，各模块之间通过 Compac tRIO平台独立工作、互不影响，能够满足测试中对电压、电流、温度和总线信号等物理量的采集工作，且设计有预留的端口和插槽[1]。

2.3 网络通讯模块

Moxa AWK-3121（工业 IEEE 802.11a/b/g 无线 AP/桥路/客户端）安装于箱体内通过网线与CRIO机箱通讯，可创建局域网实现测试设备与PC机之间的信息交互，具备可靠的无线连接和读写性能，可降低测试现场设备的接线难度和布线成本。

2.4 数据存储模块

CompactRIO机箱上带有1个USB接口，支持格式为FAT32、FAT16的存储设备，用此接口外接一个工业硬盘作为存储设备，主要用于系统相关信息存储（错误记录、系统使用历史信息）和采集数据存储（系统采集来的原始数据）。

2.5 供电模块

在测试过程中，若直接选用220V电压供电，虽然可减小开发成本、缩小设备体积，但是会对整个测试系统和汽车产生电磁干扰从而影响测试精度，因此本系统选用电池供电。由于与其他硬件设备相比电池的寿命相对较短，从更换方便角度考虑设计定制了可拆卸式电池。该电池负责给除了PC机以外的整个测试系统供电[2]。

3 上位机PC程序设计

3.1 测试项管理功能

测试项管理功能使用树形结构框架。针对某指定车型可以确定需要进行的测试项和测试矩阵，根据这些信息生成测试项管理模块。在进行整车测试前，对各测试项参数进行配置，用于指导现场测试和后续的数据分析及报告生成。

3.2 测试、监控界面

基于已有的 NI 硬件采集模块、无线通讯模块AWK3121、离线电源、电子负载等核心硬件，数据采集软件实现对应模拟量数据和总线传输数据的记录、显示，同时包括对硬件参数的配置[3]。

3.3 数据回放、分析与报告生成

采集来的测试数据是由TDMS格式存储的，可以选取已存储的数据进行回放，支持对显示精度、横坐标、纵坐标进行设置。数据分析时支持最大值、最小值、平均值、方差值、有效值等基本物理量的自动计算，特别是在双游标状态下，通过分析按钮，自动分析两游标之间数据的最大、最小、平均、方差、有效值等信息。根据分析结果，参照对应的评价准则对测试结果进行评价，将分析结果和评价结果存储至报表中。

4 FPGA驱动设计

数据采集驱动模块采用两种方法采集数据，单点轮询采集：FPGA端采集I/O通道数据后设置中断，RT端触发相应中断后通过读写节点读取I/O通道数据。DMAFIFO方式采集：将I/O通道数据捆绑后存储在主机和终端都能访问的一块先进先出的缓存中，然后在RT端通过DMA方法节点轮询读取缓存中的数据。由于温度变化缓慢且NI-9213采样率低、数据量小，采用轮询中断单点采集。对于NI-9253、NI-9221、NI-9227、NI-9205等电压与电流参量的采集，涉及到高采样与大吞吐量数据，为了减少CPU的负担，选择DMA FIFO形式采集。