基于的汽车控制器测试系统设计
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模拟负载由微处理器单 元、 超 高 密 度 矩 阵 板 卡 Pickering Matrix、提供感性阻性容性负载 3 部分组成,微处理器单元通过 网线接受上位机的指令控制继电器模块组的开关状态,从而切 换被测产品的外部感性阻性容性负载。 Pickering 矩阵板卡是 与 Loadbox 连接的重要开关切换装置,为数据采集板卡提供了 外部接口。
最后,由软件平台 调 用 子 功 能 测 试 程 序, 并 对 测 试 数 据 进 行分析和处理。 2.2 硬件电路连接
测试系统硬件主要由控制机箱、产品夹具、I / O 板卡、Loadbox 模块、转接 PCB 板等组成。 如图 3 所示,控制机箱包括:双 核 PXI 嵌入式控制器 PXI-8108,6 位半数字万用表 PXI-4070, 功率源测量单元 PXI - 4130, 单 端 口 可 选 收 发 CAN 接 口 板 卡 PXI-8464,高速采集板卡 PXI-5114。
0 引言 现代汽车技术追求节能、舒适、安全三大目标,汽车电动助
力转向( Electric Power Steering System,简称 EPS) 系统应运而 生,EPS 是辅助汽车转向的装置,能够在汽车转向时提供一个 辅助转向力,增加驾驶的安全性和舒适性[1] 。
控制器是 EPS 系统的核心,所以在出厂前需要对其进行严 格的功能测试。 国内对 EPS 控制器的研究主要分为 2 个方向: 对 EPS 系统进行整车性能测试,验证控制器的效果;搭建实验 平台对 EPS 控制器助力特性进行测试,以便对控制器进行改进 和研究[2-3] 。 但是对控制器功能测试却缺乏有效的手段,虚拟 仪器以图形化、模块化的编程特点在工业测试领域得到了广泛 应用。 但是当自动测试系统需要执行诸多任务和测量操作步 骤时,传统的编程 方 式 会 使 代 码 重 用 变 得 非 常 繁 琐, 测 试 周 期 较长[4-5] 。 为解决该问题,设计了一个基于虚拟仪器的 EPS 控 制器功能测试系统,在 LabVIEW2012 环境下,利用 TestStand 程 序开发软件在测试管理上的优势[6-7] , 实现对 EPS 控 制 器 高 效、可靠地测试。 1 汽车 EPS 控制器结构及测试要求
且为非标准 类 型, 信 号 种 类 包 括 模 拟 输 入、 开 关 输 入、 脉 冲 输 入、模拟输出、开关输出和脉冲输出。
图 1 EPS 控制器电路结构
根据控制器出厂检测要求,测试系统应该具备自动、手动 测试的功能,参数测试的值要稳定,误差小于给定的范围。 测 试周期要短( 客户要求本系统的测试周期在 60 s 以内) ,控制器 的参数测试内容归纳如下:
Abstract:Aiming at the factory test of automobile EPS controller existing defects with poor software maintenance and low efficiency,we developed a new type test system.The hardware platform was built,and Loadbox module and fixture block were designed according to EPS controller’ s structure and test requirements.The soft platform realized optimization by configure the adapter module TestStand.Experiment results indicate that the system can test controller efficiently with a stable and reliable operation. Key words:EPS; controller; TestStand; LabVIEW; simulated load
摘要:针对汽车 EPS 控制器的出厂测试设备存在软件维护性差、测试效率低等缺点,开发了一套新型测试系统。 根据 EPS 控制器的结 构 和 测 试 要 求, 设 计 了 模 拟 负 载 ( Loadbox) 模 块、 测 试 夹 具 模 块, 并 搭 建 了 硬 件 电 路 测 试 平 台。 将 TestStand 管理软件引入到 LabVIEW 测试程序执行过程中,通过配置 TestStand 适配器模块,对软件平台进行优化。 经实例 验证,所设计的测试系统运行稳定可靠,能够高效地对控制器功能进行测试。 关键词:EPS;控制器;TestStand;LabVIEW;模拟负载 中图分类号:TP271 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2015)07-0057-04
58
Instrument Technique and Sensor
程语言和 TestStand 程序管理软件相结合,设计出有效的程序执 行和管理平台。 硬件系统由控制机箱、I / O 板卡、产品夹具、模 拟负载( Loadbox) 等组成,原理框图如 2 所示。
Jul． 2015
图 2 测试系统原理图
测试数据处理模块:TestStand 测试文件执行之后,将测试 结果送入后台数据库。 LabVIEW 通过调用数据库对测试结果 以一定的格式进行保存。
基于 TestStand 搭建测试平台的步骤: (1) 定制和配置 TestStand:通过 TestStand SeqEdit 开发平 台对 TestStand 环境变量进行配置,通过 TestStand Active API 自 定义产品管脚的测试变量,如:供电管脚电压、暗电流、信号 ID 等。 (2) 建 立 测 试 序 列。 TestStand 测 试 序 列 由 测 试 项 目 ( Step) 组成,这里选择测试项目为 LabVIEW 类型,根据测试项 的内容依次添加测试项目,选择对应的接口适配器。 (3) 编写测试序列文件测试项目调用的模块,本测试系统 调用的模块是基于 LabVIEW 语言编写的子 VI,每个子 VI 对应 的是完成一项测试功能的可执行代码。 (4) 定制测试界面,这里采用 LabVIEW 编程语言编写用户 界面,TestStand 作为后台程序运行。 执行 TestStand 测试任务之前,测试机通过串口与产品夹具 模块先进行通信,再执行 TestStand 并保存测试结果,整个过程 与协议握手过程类似,保证了测试产品处于可测试状态。 自动 测试模块测试界面如图 6 所示,界面包括产品信息显示、测试 状态显示以及通讯状态显示。 手动测试模块满足了测试手段的多样性,在手动模式下, 输入需要测试的产品型号,执行 TestStand 时会自动加载该产品 的.seq 测试序列文件,完成对不同产品的测试。 3.3 诊断模块设计 为提高设备 的 可 靠 性, 本 系 统 设 计 了 设 备 硬 件 诊 断 的 功
图 5 波形参数测试程序框图
通讯模块:本系统 的 通 信 包 括 测 试 机 与 主 计 算 机、 测 试 机 与产品夹具模块之间的通信 2 种类型。 测试的结果与其他计 算机进行资源共享采用的是 TCP / IP 协议,可以根据计算机的 IP 地址侦听数据;测试设备与产品夹具模块之间的通信采用串 口通讯。
Test System Design of Automobile EPS Controller Based on LabVIEW
LI Bin1,2 ,XU Hui-gang1 ,XIE Qi1 (1.School of Electric and Automatic Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China; 2.School of Information and Electrical Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008,China)
控制器由微处理器、A / D 转换器、I / O 接口等组成,对扭矩 传感器和车速传感器等输入信号进行逻辑分析并输出控制信 号,控制电动机和离合器的动作,从而实现 EPS 系统的助力转 向[8] ,其结构如图 1 所示。 控制器端口数量多、信号种类多样
收稿日期:2014-09-22 收修改稿日期:2015-02-13
图 3 测试系统硬件电路连接图
3 软件设计 3.1 软件设计思路
被测 控 制 器 的 检 测 项 种 类 广、 数 量 多, 需 要 编 写 上 百 个 LabVIEW 子程序,给调用测试子程序带来困难。 TestStand 是一 款非常适用于 C / Visual C+ +、Visual Basic、LabVIEW 等编程语 言调用和管理的软件,能与所有主流测试编程环境兼容,利用 TestStand 可以方便的调用和控制 LabVIEW 子功能测试程序的 执行。
处理模块等部分。 其执行过程如下:扫描被测产品的条码信 息,根据产品信息加载对应的. seq 序列文件到 TestStand 构架 中。 LabVIEW 软件通过调用 TestStand 引擎,打开由 TestStand 生成的测试序列文件,通过调用相应的 TestStand API 实现对测 试序列的控制如开始、中断、停止等操作。
2015 年 第7期
仪表技术与传感器
Instrument Technique and Sensor
2015 No． 7
基于 LabVIEW 的汽车 EPS 控制器测试系统设计
李 彬1,2 ,徐惠钢1 ,谢 启1
(1,常熟理工学院电气与自动化工程学院,江苏常熟 215500; 2,中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221008)
PXI-8464 是单端口收发器可选 CAN 通信板卡,适用于高 速、低速,或单线 CAN 设备的通信。 NI CAN 模块使用 SJA1000 CAN 控制器以实现高级功能,包括单一监听、自发自收、高级滤 波模式和用于休眠 / 唤醒模式使用的新收发器。 控制机箱通过 PXI 触发总线可以对 CAN 模块进行同步,提高了产品 CAN 通 信测试的效率和稳定性。
被测控制器管脚数量多、距离近,给管脚的引线带来困难, 为此,设计了产品夹具模块( 根据产品管脚的位置,在模具上放 置相应探针,提高了产品管脚引线的灵活性) ;针对控制器测试 时外接负载不断变化的特点,设计了模拟负载( Loadbox) 模块; 信号的采集靠数据采集模块实现,这里选择带有 8 个卡槽的 PXI-1042 机箱作为板卡载体,PXI - 1042 包括内置 10 MHz 参 考时钟、PXI 触发总线、星型触发和局部总线,能与所有 PXI / PCI 系列板卡兼容,广泛应用于工业领域的测试和测量。
功能测试 模 块: 功 能 测 试 模 块 由 LabVIEW 测 试 程 序 和 TestStand 软件管理平台组成。 针对控制器的 PWM 输出波形、
来自百度文库
第6期
李彬等:基于 LabVIEW 的汽车 EPS 控制器测试系统设计
59
管脚测试参数,编写单个功能测试子程序,通过 TestStand 调用 这些 VI,波形参数的测试程序如图 5 所示,采用 niScope 属性节 点对 PWM 波形进行属性设置,通过 niScope Measure 模块获得 波形占空比、高低电平、频率参数。 控制器的 CAN 通信功能测 试是通过数据的传输来实现的,通过数据传输线进行数据的收 发,程序采用 CAN 模块设计。
控制器管脚的电压输出范围 0 ~ 24 V,采用 6 位半数字万 用表 PXI-4070,该板卡在保证准确度和稳定度的同时,能对 ±300 V电压输入、采样率达 1． 8 MS / s 的信号进行数据采集,可 以满足控制器电压、电流的测试要求。
输出 PWM 波形的电压范围是 0 ~ 15 V,波形占空比精度 1%,考虑到测试的精度,选取了高速采集板卡 PXI-5114。 该板 卡具有 40 mV ~ 40 V 的输入范围,高达每通道 256 MB 的大容 量板载内存,可以对波形进行显示。 多达 50 多个内置测量与 分析函数可以直接在驱动软件中编程生成,对波形参数实现高 精度测试。
在 TestStand 的架构中,当调用外部代码时,TestStand 使用 适配器模块测定代码模块的类型、调用协议、参数列表和传递 参数。 测试系统的软件设计流程如图 4 所示,整个测试系统包 括自动测试模块、手动测试模块、故障诊断模块 3 个部分。
图 4 测试系统软件流程图
3.2 自动测试模块设计 自动测试模块包含了功能测试模块、通信模块、测试数据
(1) EPS 控制器不同工作状态下,引脚的电信号是否在规 定值内;
(2) 验证 EPS 控制器里控制程序的有效性; (3) 测试 CAN 通信功能; (4) 测试 EPS 控制器信号复位时间、过渡时间是否达到规 定范围; 2 测试系统的组成 2.1 测试系统设计原理 测试系统由软件和硬件 2 部分组成,软件采用 LabVIEW 编
最后,由软件平台 调 用 子 功 能 测 试 程 序, 并 对 测 试 数 据 进 行分析和处理。 2.2 硬件电路连接
测试系统硬件主要由控制机箱、产品夹具、I / O 板卡、Loadbox 模块、转接 PCB 板等组成。 如图 3 所示,控制机箱包括:双 核 PXI 嵌入式控制器 PXI-8108,6 位半数字万用表 PXI-4070, 功率源测量单元 PXI - 4130, 单 端 口 可 选 收 发 CAN 接 口 板 卡 PXI-8464,高速采集板卡 PXI-5114。
0 引言 现代汽车技术追求节能、舒适、安全三大目标,汽车电动助
力转向( Electric Power Steering System,简称 EPS) 系统应运而 生,EPS 是辅助汽车转向的装置,能够在汽车转向时提供一个 辅助转向力,增加驾驶的安全性和舒适性[1] 。
控制器是 EPS 系统的核心,所以在出厂前需要对其进行严 格的功能测试。 国内对 EPS 控制器的研究主要分为 2 个方向: 对 EPS 系统进行整车性能测试,验证控制器的效果;搭建实验 平台对 EPS 控制器助力特性进行测试,以便对控制器进行改进 和研究[2-3] 。 但是对控制器功能测试却缺乏有效的手段,虚拟 仪器以图形化、模块化的编程特点在工业测试领域得到了广泛 应用。 但是当自动测试系统需要执行诸多任务和测量操作步 骤时,传统的编程 方 式 会 使 代 码 重 用 变 得 非 常 繁 琐, 测 试 周 期 较长[4-5] 。 为解决该问题,设计了一个基于虚拟仪器的 EPS 控 制器功能测试系统,在 LabVIEW2012 环境下,利用 TestStand 程 序开发软件在测试管理上的优势[6-7] , 实现对 EPS 控 制 器 高 效、可靠地测试。 1 汽车 EPS 控制器结构及测试要求
且为非标准 类 型, 信 号 种 类 包 括 模 拟 输 入、 开 关 输 入、 脉 冲 输 入、模拟输出、开关输出和脉冲输出。
图 1 EPS 控制器电路结构
根据控制器出厂检测要求,测试系统应该具备自动、手动 测试的功能,参数测试的值要稳定,误差小于给定的范围。 测 试周期要短( 客户要求本系统的测试周期在 60 s 以内) ,控制器 的参数测试内容归纳如下:
Abstract:Aiming at the factory test of automobile EPS controller existing defects with poor software maintenance and low efficiency,we developed a new type test system.The hardware platform was built,and Loadbox module and fixture block were designed according to EPS controller’ s structure and test requirements.The soft platform realized optimization by configure the adapter module TestStand.Experiment results indicate that the system can test controller efficiently with a stable and reliable operation. Key words:EPS; controller; TestStand; LabVIEW; simulated load
摘要:针对汽车 EPS 控制器的出厂测试设备存在软件维护性差、测试效率低等缺点,开发了一套新型测试系统。 根据 EPS 控制器的结 构 和 测 试 要 求, 设 计 了 模 拟 负 载 ( Loadbox) 模 块、 测 试 夹 具 模 块, 并 搭 建 了 硬 件 电 路 测 试 平 台。 将 TestStand 管理软件引入到 LabVIEW 测试程序执行过程中,通过配置 TestStand 适配器模块,对软件平台进行优化。 经实例 验证,所设计的测试系统运行稳定可靠,能够高效地对控制器功能进行测试。 关键词:EPS;控制器;TestStand;LabVIEW;模拟负载 中图分类号:TP271 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2015)07-0057-04
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Instrument Technique and Sensor
程语言和 TestStand 程序管理软件相结合,设计出有效的程序执 行和管理平台。 硬件系统由控制机箱、I / O 板卡、产品夹具、模 拟负载( Loadbox) 等组成,原理框图如 2 所示。
Jul． 2015
图 2 测试系统原理图
测试数据处理模块:TestStand 测试文件执行之后,将测试 结果送入后台数据库。 LabVIEW 通过调用数据库对测试结果 以一定的格式进行保存。
基于 TestStand 搭建测试平台的步骤: (1) 定制和配置 TestStand:通过 TestStand SeqEdit 开发平 台对 TestStand 环境变量进行配置,通过 TestStand Active API 自 定义产品管脚的测试变量,如:供电管脚电压、暗电流、信号 ID 等。 (2) 建 立 测 试 序 列。 TestStand 测 试 序 列 由 测 试 项 目 ( Step) 组成,这里选择测试项目为 LabVIEW 类型,根据测试项 的内容依次添加测试项目,选择对应的接口适配器。 (3) 编写测试序列文件测试项目调用的模块,本测试系统 调用的模块是基于 LabVIEW 语言编写的子 VI,每个子 VI 对应 的是完成一项测试功能的可执行代码。 (4) 定制测试界面,这里采用 LabVIEW 编程语言编写用户 界面,TestStand 作为后台程序运行。 执行 TestStand 测试任务之前,测试机通过串口与产品夹具 模块先进行通信,再执行 TestStand 并保存测试结果,整个过程 与协议握手过程类似,保证了测试产品处于可测试状态。 自动 测试模块测试界面如图 6 所示,界面包括产品信息显示、测试 状态显示以及通讯状态显示。 手动测试模块满足了测试手段的多样性,在手动模式下, 输入需要测试的产品型号,执行 TestStand 时会自动加载该产品 的.seq 测试序列文件,完成对不同产品的测试。 3.3 诊断模块设计 为提高设备 的 可 靠 性, 本 系 统 设 计 了 设 备 硬 件 诊 断 的 功
图 5 波形参数测试程序框图
通讯模块:本系统 的 通 信 包 括 测 试 机 与 主 计 算 机、 测 试 机 与产品夹具模块之间的通信 2 种类型。 测试的结果与其他计 算机进行资源共享采用的是 TCP / IP 协议,可以根据计算机的 IP 地址侦听数据;测试设备与产品夹具模块之间的通信采用串 口通讯。
Test System Design of Automobile EPS Controller Based on LabVIEW
LI Bin1,2 ,XU Hui-gang1 ,XIE Qi1 (1.School of Electric and Automatic Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China; 2.School of Information and Electrical Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008,China)
控制器由微处理器、A / D 转换器、I / O 接口等组成,对扭矩 传感器和车速传感器等输入信号进行逻辑分析并输出控制信 号,控制电动机和离合器的动作,从而实现 EPS 系统的助力转 向[8] ,其结构如图 1 所示。 控制器端口数量多、信号种类多样
收稿日期:2014-09-22 收修改稿日期:2015-02-13
图 3 测试系统硬件电路连接图
3 软件设计 3.1 软件设计思路
被测 控 制 器 的 检 测 项 种 类 广、 数 量 多, 需 要 编 写 上 百 个 LabVIEW 子程序,给调用测试子程序带来困难。 TestStand 是一 款非常适用于 C / Visual C+ +、Visual Basic、LabVIEW 等编程语 言调用和管理的软件,能与所有主流测试编程环境兼容,利用 TestStand 可以方便的调用和控制 LabVIEW 子功能测试程序的 执行。
处理模块等部分。 其执行过程如下:扫描被测产品的条码信 息,根据产品信息加载对应的. seq 序列文件到 TestStand 构架 中。 LabVIEW 软件通过调用 TestStand 引擎,打开由 TestStand 生成的测试序列文件,通过调用相应的 TestStand API 实现对测 试序列的控制如开始、中断、停止等操作。
2015 年 第7期
仪表技术与传感器
Instrument Technique and Sensor
2015 No． 7
基于 LabVIEW 的汽车 EPS 控制器测试系统设计
李 彬1,2 ,徐惠钢1 ,谢 启1
(1,常熟理工学院电气与自动化工程学院,江苏常熟 215500; 2,中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221008)
PXI-8464 是单端口收发器可选 CAN 通信板卡,适用于高 速、低速,或单线 CAN 设备的通信。 NI CAN 模块使用 SJA1000 CAN 控制器以实现高级功能,包括单一监听、自发自收、高级滤 波模式和用于休眠 / 唤醒模式使用的新收发器。 控制机箱通过 PXI 触发总线可以对 CAN 模块进行同步,提高了产品 CAN 通 信测试的效率和稳定性。
被测控制器管脚数量多、距离近,给管脚的引线带来困难, 为此,设计了产品夹具模块( 根据产品管脚的位置,在模具上放 置相应探针,提高了产品管脚引线的灵活性) ;针对控制器测试 时外接负载不断变化的特点,设计了模拟负载( Loadbox) 模块; 信号的采集靠数据采集模块实现,这里选择带有 8 个卡槽的 PXI-1042 机箱作为板卡载体,PXI - 1042 包括内置 10 MHz 参 考时钟、PXI 触发总线、星型触发和局部总线,能与所有 PXI / PCI 系列板卡兼容,广泛应用于工业领域的测试和测量。
功能测试 模 块: 功 能 测 试 模 块 由 LabVIEW 测 试 程 序 和 TestStand 软件管理平台组成。 针对控制器的 PWM 输出波形、
来自百度文库
第6期
李彬等:基于 LabVIEW 的汽车 EPS 控制器测试系统设计
59
管脚测试参数,编写单个功能测试子程序,通过 TestStand 调用 这些 VI,波形参数的测试程序如图 5 所示,采用 niScope 属性节 点对 PWM 波形进行属性设置,通过 niScope Measure 模块获得 波形占空比、高低电平、频率参数。 控制器的 CAN 通信功能测 试是通过数据的传输来实现的,通过数据传输线进行数据的收 发,程序采用 CAN 模块设计。
控制器管脚的电压输出范围 0 ~ 24 V,采用 6 位半数字万 用表 PXI-4070,该板卡在保证准确度和稳定度的同时,能对 ±300 V电压输入、采样率达 1． 8 MS / s 的信号进行数据采集,可 以满足控制器电压、电流的测试要求。
输出 PWM 波形的电压范围是 0 ~ 15 V,波形占空比精度 1%,考虑到测试的精度,选取了高速采集板卡 PXI-5114。 该板 卡具有 40 mV ~ 40 V 的输入范围,高达每通道 256 MB 的大容 量板载内存,可以对波形进行显示。 多达 50 多个内置测量与 分析函数可以直接在驱动软件中编程生成,对波形参数实现高 精度测试。
在 TestStand 的架构中,当调用外部代码时,TestStand 使用 适配器模块测定代码模块的类型、调用协议、参数列表和传递 参数。 测试系统的软件设计流程如图 4 所示,整个测试系统包 括自动测试模块、手动测试模块、故障诊断模块 3 个部分。
图 4 测试系统软件流程图
3.2 自动测试模块设计 自动测试模块包含了功能测试模块、通信模块、测试数据
(1) EPS 控制器不同工作状态下,引脚的电信号是否在规 定值内;
(2) 验证 EPS 控制器里控制程序的有效性; (3) 测试 CAN 通信功能; (4) 测试 EPS 控制器信号复位时间、过渡时间是否达到规 定范围; 2 测试系统的组成 2.1 测试系统设计原理 测试系统由软件和硬件 2 部分组成,软件采用 LabVIEW 编