隨著汽車中電子系統(tǒng)的增加，如何對高度機(jī)電一體化汽車系統(tǒng)進(jìn)行高效率的測試是中國測試工程師面臨的挑戰(zhàn)，作為本文針對汽車研發(fā)過程中所涉及到的各種測試問題，請橫河電機(jī)介紹滿足發(fā)動機(jī)、驅(qū)動、振動、環(huán)境影響、燃料電池效率和 CAN總線測試需要的完整解決方案。

      一、前言

     隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的發(fā)展，越來越多的電子技術(shù)被應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上。汽車也將由單純的機(jī)械產(chǎn)品向高級的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展。由于實(shí)時駕駛信息系統(tǒng)及多媒體設(shè)備在汽車上普及，汽車更具個性化、通用性、安全性和舒適性。無線及移動電腦技術(shù)迅速發(fā)展，即使獨(dú)自駕駛在陌生的土地上，也不會覺得孤獨(dú)或迷失方向。汽車在人們的生活中不僅僅是代步工具，而逐步成為一種享受生活的方式。在汽車電子領(lǐng)域的研究成為汽車研發(fā)中最活躍的一部分，在這方面取得的成果，將在市場上取得更大的回報(bào)。

    本文針對汽車研發(fā)過程中所涉及到的發(fā)動機(jī)分析、驅(qū)動分析、振動分析、環(huán)境影響、燃料電池效率分析、CAN總線分析等方面，介紹橫河電機(jī)提供的各種測試解決方案（圖1）。

         二、電動汽車燃料電池的測試

        對于從事汽車研發(fā)的工程師來說，在測試中如下幾方面是影響測試效率和結(jié)果的重要因素：
 
        （一）各種高頻和低頻、高功率和低功率的電磁輻射干擾
        （二）共模電圧、振動、多變的環(huán)境
        （三）數(shù)據(jù)采集分析的可靠性
        （四）路試時儀器的供電及能耗
        （五）便于移動和現(xiàn)場使用

      通過和汽車生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)的測試工程師溝通，橫河電機(jī)不斷改進(jìn)其產(chǎn)品，使其更適應(yīng)汽車研究發(fā)展的需要。譬如為了適應(yīng)電動汽車燃料電池的研究需要，橫河電機(jī)在DARWIN系列的基礎(chǔ)上開發(fā)出 DAQMaster系列MX100。

     因?yàn)槊總€電池只輸出0.8-1.5VDC，為了輸出足夠的電力。燃料電池組一般由約一百個單片電池組成，特別是汽車應(yīng)用，電池組會由六百個單片電池構(gòu)成。電池電壓監(jiān)視（ CVM）系統(tǒng)通過測試電池組結(jié)構(gòu)中每個單片電池的電壓可以檢測出有問題的電池；分析現(xiàn)場或帶負(fù)荷長時間運(yùn)行時的電池性能。

     檢測電池電壓時使用差動輸入。雖然單片電池的電壓不高，可是差動輸入端子對測試儀表地端會產(chǎn)生幾百伏的電壓。這種電壓被稱為共模電壓。多數(shù)數(shù)據(jù)采集儀器（ DAQ）沒有絕緣，輸入電壓限制范圍一般是5伏或10伏。另外，非絕緣儀器經(jīng)常容易受接地環(huán)路的影響。為了克服燃料電池CVM系統(tǒng)中高共模電壓的問題，要求高電壓絕緣。雖然可以使用外部信號變換器或緩存，為了在減小體積和間低成本的同時保證較高的信號分辨率和精度，現(xiàn)在許多的DAQ系統(tǒng)內(nèi)置緩存。

　　 MX100

      DAQMaster可以提供最高水準(zhǔn)的通道對地，模塊間和通道間隔離。另外，它的模塊化結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)軟件使MX100很容易實(shí)現(xiàn)最多1200通道的電池電壓的監(jiān)視。

      同時實(shí)現(xiàn)高電壓絕緣和多通道的DAQ系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個難題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)數(shù)據(jù)采集儀器模塊使用單一A-D轉(zhuǎn)換器與前端倍增或掃描組合。高共模電壓信號在經(jīng)過絕緣變壓器和A-D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)絕緣和離散化之前一定要通過切換繼電器。

　　　MX100在掃描器中使用橫河專利技術(shù)的高耐壓固態(tài)半導(dǎo)體 繼電器，實(shí)現(xiàn)了多通道輸入信號的切換，這種繼電器由高耐壓（1500VDC）、低 漏電流（3nA）的 MOSFET（金屬氧半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）和電壓輸出的光電耦合器構(gòu)成，具有1秒周期內(nèi)10通道高速掃描、無觸點(diǎn)、長壽命、無噪音等優(yōu)點(diǎn)。

      此外， MX100內(nèi)部的絕緣變壓器和積分式A-D轉(zhuǎn)換器也是橫河的專利技術(shù)。其他使用電磁式繼電器提供絕緣的DAQ系統(tǒng)，會產(chǎn)生切換時間，切換穩(wěn)定性，和日常維護(hù)的問題。最后，MX100 DAQMaster 提供高性能的絕緣和4通道的同期采樣，因?yàn)?通道模塊每個通道的硬件采用互相獨(dú)立的硬件構(gòu)成。

對于正確再現(xiàn)波形， 采樣率非常重要、高速采集可以得到正確數(shù)據(jù)。為此MX  
100的最小測量周期10ms,并且一個系統(tǒng)中可以混合使用3 種測量周期，測量周期可以對每個模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)定。MX100支持最大容量2G Bytes的CF卡，當(dāng)通訊故障時開始數(shù)據(jù)備份。當(dāng)通訊恢復(fù)正常時，重新自動開始向PC傳送數(shù)據(jù)。MX100針對燃料電池測試的高速/多通道/高耐壓/多周期的特點(diǎn)，幫助測試工程師提高了測試的效率和準(zhǔn)確性。

      三、CAN總線分析
 
      在當(dāng)今汽車中廣泛采用了汽車總線技術(shù)。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復(fù)雜的電子設(shè)備、控制器、測量儀器等提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換渠道。汽車上由電子控制單元（ ECU）控制的部件數(shù)量越來越多，例如電子燃油噴射裝置、怠速控制（ISC）、防抱死制動裝置（ ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置、主動懸架等。隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，車上的ECU數(shù)量越來越多。

    于是，一種新的概念--車上控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN的概念也就應(yīng)運(yùn)而生了。CAN最早是由德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線。

     隨著CAN總線的廣泛使用，在汽車的研發(fā)、生產(chǎn)、維修的各個環(huán)節(jié)上總線信號的測試與分析變得越來越重要，特別是噪音信號觀測與分析。

     由于電纜配線長度、終端阻抗位置而引起的反射噪音等或由連接復(fù)數(shù)接點(diǎn)時超負(fù)荷LEVEL變動等造成的異常現(xiàn)象，可以利用DL7400系列的CAN信號觸發(fā)，捕獲CAN總線信號并顯示其波形。根據(jù)CAN協(xié)議進(jìn)行的分析以列表的形式和波形信號顯示在一起。觸發(fā)條件能被設(shè)置成CAN數(shù)據(jù)幀（ID, Data, RTR bits,等.）的字段或多字段。觸發(fā)在錯誤幀時也能被激活。可在時間軸上對捕獲的CAN總線波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，每幀的ID和數(shù)據(jù)以16進(jìn)制或二進(jìn)制符號顯示。

      四、ABS工作時的電池電壓波動

      ABS控制裝置通過比較來自附在每個車輪上的速度傳感器的信號監(jiān)測車輪是否被鎖上。當(dāng)ABS控制裝置探測到一個輪子被鎖上后，它會給ABS傳動裝置送去一個信號從而打開閥門。ABS傳動裝置包括螺旋管閥門、泵、馬達(dá)、制動液箱。打開閥門可以瞬間降低盤式液壓，減弱制動力，可以恢復(fù)車輪速度。

接著再次迅速提高盤式液壓，通過ABS傳動裝置增加制動力。換句話說，可通過增減盤式液壓防止制動器被鎖上。增加盤式液壓也就是用泵將液體壓入汽缸，會使泵馬達(dá)迅速工作。這個快速的馬達(dá)將影響控制螺旋管閥門的PWM電流信號。一般ABS操作無法得到這是否影響電池電壓波動。因此，有必要觀察這個電池電壓波動。

      利用DL750 Max.1GW長內(nèi)存可以高速采樣捕捉從開始到結(jié)束的所有制動動作過程。也可在捕捉到整體過程后，利用放大功能詳細(xì)地測試其中某個不規(guī)則部分。此功能可自動設(shè)定波形參數(shù)的自動測試區(qū)域，包括放大區(qū)域。此放大功能不僅能夠準(zhǔn)確的測試一個周期中的不規(guī)則部分也能夠自動測試該放大區(qū)域內(nèi)的波形參數(shù) 。

    　五、動力方向盤控制ECU（含 變頻器）/電機(jī)開發(fā)

      動力方向盤（EPS）在小型汽車中應(yīng)用已經(jīng)比較普及了,但在需大扭矩的大型車中應(yīng)用時需要采用3相電機(jī).不同于傳統(tǒng)的DC機(jī),測試3相交流電機(jī)需要功率計(jì)測試電力及效率.此外,ECU間采用CAN總線通信, 還必須測試CAN總線信號。

      DL7400可以對CAN總線上特定的ID/Data觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)與其它信號的同步觀測。通用示波器DL1640/DL1740，可以測試ECU的CPU信號，使用100MHz差分探頭和150A電流探頭還可以測試電機(jī)的浪涌電流等。DL750最多16ch絕緣輸入，適用于變頻器輸入輸出電壓/電流及ECU控制信號的長時間觀測。

    　WT1600可以評測大型汽車EPS用3相驅(qū)動系統(tǒng)變頻器的1次端DC、2次端的3相電流/電壓/功率,變頻器效率。對特定運(yùn)行模式還可以進(jìn)行累積功率測試。使用WE7000的時間模塊/CAN模塊/隔離A/D模塊/溫度模塊等可以實(shí)現(xiàn)多通道綜合測試。操舵角/消耗電流/電壓/溫度等多通道長時間同時測試。使用CAN模塊可以將CAN總線上的數(shù)據(jù)同時轉(zhuǎn)化為物理量實(shí)現(xiàn)同時測試。

     六、直噴式柴油發(fā)動機(jī)噴射實(shí)驗(yàn)

     直噴式柴油發(fā)動機(jī)可以降低燃料費(fèi)用和凈化廢氣排放.以下就其開發(fā)的關(guān)鍵-高壓噴射和電子控制的性能評價(jià)方法提出解決方案：

     （一）機(jī)械部分設(shè)計(jì)值的評價(jià)（噴射時間與噴射壓力）

     測試對象是噴嘴噴射出燃料的噴射壓力，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化及噴嘴電磁閥開關(guān)時間。發(fā)動機(jī)開發(fā)需要進(jìn)行動態(tài)測試（逐步提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢查是否符合設(shè)計(jì)要求）和靜態(tài)測試（在轉(zhuǎn)速固定狀態(tài)下檢查是否運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定）。

         （二）與ECU控制信號同步測試

         與ECU控制信號同步測試, 測試ECU正時和實(shí)際噴射正時。

         七、本文小結(jié)

         由于和世界各地整車及部件公司有著廣泛的合作，橫河電機(jī)在這一領(lǐng)域有很多測試實(shí)例。橫河電機(jī)希望能為汽車電子的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。