整车电气性能测试系统的研究
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作者:何筱荣
摘 要：整车电气系统就是利用汽车三大部分构成系统的总称，即用电设备和电源系统以及配电装备与全车电路。验证开发整车电气系统的过程中，在整车环境下，为了使车载电子电气系统运行可靠稳定，能够将各自的功能实现，致使由于整车电路保护系统异常导致的线束烧蚀发生有效地降低，必须要测试验证整车电气系统性能。
关键词：整车电气性能 测试系统 总体方案
中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）07（a）-0094-02
根据嵌入硬件CompactRIOT平台和图形化LabVIEW开发环境，将测试整车电气性能的一套系统开发，该系统将分析处理数据和采集数据以及生成报告集为一体，既性能稳定和集成度高，又可靠性强和适应特殊复杂工作环境等[1]。并且，该系统智能化和自动化也非常强，对测试人员的能力和经验以及数量的要求都比较低，从而使测试的时间缩短了，测试成本很大程度地降低了。
1 设计整车电气性能测试系统的总体方案
实施测试整车电气系统性能，主要目的就是将整车信号分配特性和电源以及车载电器的特性获取，对合理设计车辆线束系统和车辆电路保护系统的造型，以及电路保护系统和车辆线束系统保护短路和过流的能力是否具备，进行有效的验证，将可靠的依据提供给车辆电源网络优化成本和最小化电压损失，将支持和数据基础提供给后续改进系统[2]。
结合测试流程和试验项目，将需要测量的信号整理出来，主要包括电流信号、电压信号、CAN总线信号、静态电流信号以及温度信号。被测试量既数目多和分布广，动态信号又多，测试系统自动化水平必须要高，才能够使实时性和测试精度的要求得以满足，并且主要测试参量实时显示和观测以及存储和处理都应该实现。
结合以上的需要，对测试整车电气系统由实施CRIO控制器、网络通读模块、采集数据模块、存储数据模块、上位机以及供电模块六部分构成进行确定[3]。
2 设计整车电气性能测试的硬件系统
2.1 采集数据模块
采集數据模块选取NI C系列板卡I/O，主要包括电路转换、隔离以及调理信号等功能，还可以与执行机构和工业传感器等直接连接，从而使现场布线成本和测试空间需求很大程度地降低了。根据测试的需求，选择采集板卡NI9221、NI9853、NI9227、NI9205以及NI9213，通过CompactRIO平台，各个模块之间互不影响，独立进行工作，致使测试采集电流、电压、温度通讯总线信号等相关物理量工作得以满足，并且将预留的插槽和端口设计了。
2.2 CRIO实时控制器
在整个测试系统中，控制器就是核心，本文将某公司的CompactRIOT-9068嵌入式系统选取，主要包括可重配置FPGA和实时控制器两个部分。实时控制器包括工业级处理器667MHz双核ARM Cortex-A9，对于LabVIEW的实时应用程序能够准确且可靠地实施，同时，还能够将实施进程跟踪、控制速率、通讯外部设备以及存储板载数据等相关功能都能够提供;内嵌LX45 FPGA8槽可重置机箱，与各个I/O模块能够直接连接，对I/O电路既能够高速地访问，又能够将定时和同步以及触发等相关功能灵活地实现。内存512MB DDR3、非易失性存储1GB、高速端口USB一个、千兆以太网端口两个以及串行端口三个。
2.3 网络通讯模块
在CRIO机箱通讯和箱体内通过网线中，安装Moxa AMK-3121，能够将局域网构建，PC机与测试设备的信息交互能够有效地实现，既具有可靠的读写性能和无线连接，又能够使测试现场设备的布线成本和接线难度降低。
2.4 供电模块
测试整车电气性能的过程中，如果将220V电压供电直接选取，虽然既能够将设备体积缩小，又能够使成本开发减小，但是，对于汽车和整个测试系统，都会有电磁干扰产生，致使测试整车电气性能的精度受到严重地影响，所以，该系统只能利用电池进行供电。相对于其他硬件设备，电池寿命比较短，考虑到更换比较方便，设计主要选用可拆卸式的电池。该电池主要对PC机除外的整个测试系统进行供电。
2.5 存储数据模块
在CompactRIOT机箱上，USB接口1个，存储设备FAT16和FAT32为支持格式，利用该接口与1个工业硬盘外接，作为存储设备，主要应用在系统数据采集存储和存储相关信息。
3 设计上位机PC程序
为了将开发整车电气性能测试系统的周期缩短，利用LabVIEW2015测试系统LabVIEW Real-Time、NI-RIO、FPGA以及XNET工具包软件对环境进行开发。开发软件系统主要包括开发CRIO和上位PC程序两个部分。系统设计按照结构化和模块化编程的思想，合理科学地构架系统，既具有很强的扩展性，又能够将代码重用有效地实现，并且程序比较高的可维护性和可读性都具备。
人机交互接口就是上位PC程序，因此，良好可视化界面必须要具备，既要形象和直观，又要方便操作。启动软件以后，选择功能，然后，进入到测试界面和设置界面。
4 应用整车电气性能测试系统
4.1 检测电气测试系统的性能 将精度比较高的模拟电子负载有效地应用，对实际电压和电流以及温度等相关信号进行模拟，采集主要应用设计的整车电车测试系统，运用对系统参数变化的分析，对系统的测量精度和稳定性进行检测。
将5V电压和20mA电流持续发送给整车电气测试系统，并且在100℃环境中放置热电偶;将系统初始时间、1h、2h以及4h，这四个时刻的测量值分别进行记录。对各个参数值变化的情况进行观察，并且将结果记录下来。对测量电压的精度进行计算为0.13%;测量电流的精度为0.15%，测量温度的精度为0.24%，从测试的结果可以了解到，该测试系统不但测量的精度很高，而且稳定性也比较好。
4.2 实车试验
开发整車电气性能测试系统完成以后，将某款汽车车型作为例子，对于夏季38℃气温环境下，该车在市郊工况进行验证。测试实车的要求，在夏季情况和普通市郊时， 实车运行情况：匀速73km/h，最高挡位;实车运行的时间40min记录后20min数据;开启用电器：背光灯、近（远）光灯、后雾灯、收音机、双闪、前和后雨刮、空调、室内灯以及冷却风（高速）。
对发电机平均的发电电流测得为112.65A，发电机平均电压测得为14.1064V，蓄电池平均充电电流测得为7.13A，蓄电池平均电压测得为13.9271V，蓄电池左侧平均温度测得为60.46℃，发电机尾部平均温度测得为64.99℃。
根据以上测试的数据可以了解到，测试的过程中，发电机对于该工况开启的车载电器消耗的功率能够有效地满足，蓄电池能够运用7.13A比较大的电流进行充电。在此工况状态下，无论是蓄电池和车辆发电机，还是其他已经开启的电器负载，对于动态平衡都能够有效地满足。
5 结语
综上所述，测试整车电气性能，采集多通道数据和多信号都要涉及到，并且测试的工作环境也比较复杂和工况变化比较大，所以，必须要将一种稳定可靠且集成度高的调试系统开发。该文设计的整车电气性能测试系统，既精度高和体积小，又性能稳定，对于现代测试整车电气性能系统的需求能够有效地满足。
参考文献
[1] 李苗苗，杨伟东，蔡永祥，等.整车电气性能测试系统的研究[J].汽车技术，2018（2）：36-39.
[2] 杨国樑. 整车电气系统性能测试技术研究[D].河北工业大学，2016.
[3] 杨爱华. 基于Labview的车载电子电气系统测试平台设计[D].河北工业大学，2013.
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