Products: Motion Control, PXI/CompactPCI, LabVIEW, Distributed I/O The Challenge: 在汽車智能數(shù)字儀表的開發(fā)過程中，數(shù)字儀表所需要采集的信息量比較多，各種車型的信息參數(shù)又差別較大，這些問題的存在給儀表的實車測試和參數(shù)標定帶來了困難。為了在開發(fā)過程中能夠快速有效的測試系統(tǒng)的各項功能，提高系統(tǒng)開發(fā)效率，我們設計了一套測試系統(tǒng)，它能夠模擬產生汽車上的各種參數(shù)信息，快速的對設計儀表進行全面的測試，節(jié)約臺架或實車測試時間，降低測試風險。 The Solution: 利用NI公司的軟硬件產品，結合一塊自行研發(fā)的數(shù)據通信轉換卡構成數(shù)字式儀表在線測試系統(tǒng)，系統(tǒng)模擬數(shù)字儀表測試所需要的車輛的各種狀態(tài)參數(shù)和信號，包括模擬、數(shù)字、開關量及CAN等信號，驅動待測數(shù)字儀表，模擬車輛相關狀態(tài)工作并反饋數(shù)字儀表的工作狀態(tài)信息。通過NI公司的LabVIEW軟件平臺對整個測試系統(tǒng)進行開發(fā)，最終提供了一個完整的汽車智能數(shù)字儀表的測試方案。 系統(tǒng)設計 汽車智能數(shù)字儀表測試系統(tǒng)的開發(fā)要求針對不同的車型，能夠模擬產生出儀表所需的各種采集信號信息，并且能夠通過CAN接口與被測儀表進行通信。本文介紹的測試系統(tǒng)包括以下主要功能。 1）車速里程表的脈沖信號模擬產生 2）發(fā)動機轉速表的脈沖信號模擬產生 3）車輛燃油表信號模擬產生 4）車輛水溫表信號模擬產生 5）各種車燈、車窗、車門等車身開關信號模擬產生 6）數(shù)字儀表具有CAN通信接口，作為一個CAN節(jié)點，可以與車上CAN網絡上的其他節(jié)點進行通信。 系統(tǒng)硬件設計： 數(shù)字儀表測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括主控制器、PXI板卡、信號接線盒、數(shù)據通信轉換板卡、供電電源以及被測試儀表等主要部分。NI公司提供的PXI模塊化板卡設備具有體積小、速度快、易擴展等特點，因此在硬件設計方面我們采用了PXI板卡產生汽車儀表所需的各種信號。汽車數(shù)字儀表的里程表和發(fā)動機轉速表需要采集的是數(shù)字脈沖信號，不同的車型由于采用的傳感器不同，所輸出的脈沖信號高電平從3V-12V不等。為了能夠全面測試設計儀表的信號，采用PXI-6624板卡，配合外部供電電路，產生儀表所需的一系列數(shù)字脈沖信號。PXI-6624是工業(yè)級隔離的32位定時器／計數(shù)器PXI接口板卡，具有８路隔離的通道，我們采用Couter0和 Counter1作為車速表和轉速表的脈沖信號提供通道。燃油表和水溫表采集的是模擬信號，PXI-6233能夠輸出4路10V模擬電平信號，PXI-6713能夠輸出8路10V模擬電平信號，我們選擇PXI-6713或者PXI-6233的2個模擬輸出通道作為燃油表和水溫表的模擬信號提供通道。由于儀表上的開關量信號比較多，如剎車、左右轉向燈、燃油報警、水溫報警以及左右車門開關信號等，他們之間產生的干擾也比較大。我們選用PXI-6528對儀表的開關量進行控制，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立，有效的抑制了信號之間的干擾。 采用一塊數(shù)據通信轉換卡來完成儀表參數(shù)的標定以及作為CAN 節(jié)點與車上其他CAN節(jié)點的數(shù)據通信，該卡的主要功能是完成串口信號與CAN信號之間的轉換功能，開發(fā)數(shù)據通信轉換卡的目的一是為了節(jié)約成本，二是考慮到大多數(shù)臺式機或筆記本沒有CAN接口。通過這個板卡對被控儀表的特征參數(shù)，如車輛的特征系數(shù)、傳感器的傳感系數(shù)、發(fā)動機的速比以及儀表的一些標定參數(shù)等進行設定。由于目標車型不確定，儀表的一些特征參數(shù)需要實車測試才能最后標定，所以該板卡可作為以后儀表參數(shù)標定用。 整個測試系統(tǒng)硬件功能框圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 儀表測試系統(tǒng)硬件功能框圖[/align] 系統(tǒng)軟件設計： 儀表測試系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW 8.20平臺。LabVIEW是基于圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，具有功能強大的函數(shù)模塊庫，特別適用于測試和控制系統(tǒng)的開發(fā)。結合NI的硬件模塊，能夠方便的進行采集和分析相關測試數(shù)據?？紤]到儀表整體功能測試和模塊功能測試的需要，整個系統(tǒng)主要包括界面模塊和各個功能測試模塊。根據信號類型將儀表功能測試分為：車速表測試模塊、發(fā)動機轉速表測試模塊、燃油表測試模塊、水溫表測試模塊、開關量測試模塊、CAN通信測試模塊以及參數(shù)設置模塊等主要功能模塊。汽車儀表測試系統(tǒng)的軟件總體功能框圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 儀表測試平臺軟件總體功能框圖[/align] 1.界面模塊 測試平臺左側是各種模塊功能測試的切換按鍵，可以切換到單個功能模塊的測試項目。右側主界面模擬汽車儀表板的顯示界面，如車速表、轉速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報警和開關信號等信息顯示。在進行測試實驗中，工作人員通過主界面即可觀測到儀表測試的整體功能。主界面前面板如圖3所示，控制框圖如圖4所示。 [align=center] 圖3主界面前面板 圖4 主界面功能控制框圖[/align] 2.模塊測試設計 車速表的測試需要預先了解設定目標車型的特征參數(shù)，如車輛特征系數(shù)、車速傳感器的傳感系數(shù)等，然后通過數(shù)據通信卡（CAN總線信號）將特征參數(shù)下載到被測儀表，按照測試要求產生脈沖信號，信號的幅值、頻率可以通過手動／自動進行調整，車速信號具備超速報警提示功能，根據設定的超速門限值，高于該門限值時，通過主界面前面板上的超速報警燈閃爍來提示。測試過程也可以手動／自動進行，測試結果存檔以備查詢。 [align=center] 圖5 模塊軟件測試狀態(tài)轉移圖[/align] 車速表測試模塊的設計采用狀態(tài)機設計模式，如圖5所示。主要分為開始、獲取參數(shù)、手動／自動選擇、采集（手動）、檢查時間（自動）、輸出信號和停止等狀態(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，這兩個值在儀表參數(shù)標定的時候需要在線修改。檢查時間是指按照程序規(guī)定的時間輸出規(guī)定的信號，本系統(tǒng)中采取三角波模式的車速變化趨勢對儀表進行測試，它的控制框圖如下圖6所示。 發(fā)動機轉速表測試模塊類似于車速表測試模塊，區(qū)別在于它的特征參數(shù)不同。根據特定車型的情況，通過數(shù)據通信卡（CAN總線信號）將發(fā)動機轉速比下載到被測儀表，然后對其進行測試。 燃油表的測試需要預先設定目標車型的燃油測試范圍以及燃油門限報警值，通過數(shù)據通信卡（CAN總線信號）將參數(shù)值下載到被測儀表，然后按照測試要求開始測試。根據設定的燃油門限值，低于該門限值時，通過主界面前面板上的燃油報警燈閃爍提示。測試過程可以手動／自動進行。 燃油表的測試采用狀態(tài)機的設計模式，主要分為開始、獲取參數(shù)、手動／自動、采集、檢查報警、輸出信號等狀態(tài)。水溫表的測試同燃油表，在此不做具體說明。 [align=center] 圖6 車速測試模塊控制窗口[/align] 3.CAN通信測試模塊 所有的模塊測試之前首先需要對該模塊的參數(shù)進行初始化，如進行特征系數(shù)、傳感系數(shù)、發(fā)動機速比、超速門限、燃油門限、水溫門限以及測量范圍等參數(shù)的設置。數(shù)據通信采用CAN協(xié)議，鑒于成本方面的考慮，我們在LabVIEW上對串口進行操作，然后通過數(shù)據轉換板卡輸出CAN信號，CAN信號直接與被測儀表進行數(shù)據通信，因此，需要定義一個簡單的CAN通信協(xié)議。測試系統(tǒng)作為CAN網絡上的一個節(jié)點，節(jié)點ID號可以根據需求自行設定，數(shù)據區(qū)域由命令字、數(shù)據長度、數(shù)據、校驗位組成。以下圖7為CAN通信前面板圖，表1是儀表參數(shù)設定CAN通信簡單協(xié)議。 [align=center] 圖7 CAN通信測試前面板 表1儀表測試參數(shù)設定CAN協(xié)議[/align] 測試結果分析 通過對現(xiàn)有車輛安裝的數(shù)字儀表進行測試，各項關鍵指標如速度傳感器和發(fā)動機轉速傳感器的測量誤差均滿足國標QC/T 727-2004的要求。同時作為CAN節(jié)點，根據特定的CAN應用協(xié)議，能夠有效實現(xiàn)汽車儀表的參數(shù)設定及CAN網絡通信。 總結 采用NI的PXI平臺以及靈活方便的LabVIEW軟件系統(tǒng)，使得我們在短期內構建了一套汽車數(shù)字儀表產品開發(fā)、測試、評估多功能于一體的測試平臺。通過對實際儀表的測試，結果表明該套測試系統(tǒng)能夠快速準確的完成對被測儀表的各項功能測試，并且該系統(tǒng)具備可擴展性，可以很方便的移植到其他產品的測試方案中，為我們后續(xù)汽車電子產品的研發(fā)積累了測試經驗。 參考文獻： [1] 雷振山. LabVIEW 7 Express 實用技術教程[M]. 北京：中國鐵道出版社，2004. [2] 周浩敏，王睿.測試信號處理技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004. [3] 楊樂平,李海濤，趙勇等. LabVIEW高級程序設計[M].北京：清華大學出版社，2005. [4] National Instrument Co. LabVIEW Programmer Reference Manual[Z]. 1998.