一、前言

    隨著汽車中電子系統(tǒng)的增加，如何對高度機電一體化汽車系統(tǒng)進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，請橫河電機介紹滿足發(fā)動機、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。

    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被應用在現(xiàn)代汽車上。汽車也將由單純的機械產(chǎn)品向高級的機電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展。由于實時駕駛信息系統(tǒng)及多媒體設備在汽車上普及，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迅速發(fā)展，即使獨自駕駛在陌生的土地上，也不會覺得孤獨或迷失方向。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。

    本文針對汽車研發(fā)過程中所涉及到的發(fā)動機分析、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，橫河電機不斷改進其產(chǎn)品，使其更適應汽車研究發(fā)展的需要。譬如為了適應電動汽車燃料電池的研究需要，橫河電機在DARWIN系列的基礎上開發(fā)出DAQMaster系列MX100。

    因為每個電池只輸出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，特別是汽車應用，電池組會由六百個單片電池構成。電池電壓監(jiān)視（CVM）系統(tǒng)通過測試電池組結構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)場或帶負荷長時間運行時的電池性能。

    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可以提供最高水準的通道對地，模塊間和通道間隔離。另外，它的模塊化結構和標準軟件使MX100很容易實現(xiàn)最多1200通道的電池電壓的監(jiān)視。

    同時實現(xiàn)高電壓絕緣和多通道的DAQ系統(tǒng)的設計是一個難題，因為大多數(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的高耐壓固態(tài)半導體繼電器，實現(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（金屬氧半導體場效應晶體管）和電壓輸出的光電耦合器構成，具有1秒周期內(nèi)10通道高速掃描、無觸點、長壽命、無噪音等優(yōu)點。

    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。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，和日常維護的問題。最后，MX100DAQMaster提供高性能的絕緣和4通道的同期采樣，因為4通道模塊每個通道的硬件采用互相獨立的硬件構成。

    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進行設定。MX100支持最大容量2GBytes的CF卡，當通訊故障時開始數(shù)據(jù)備份。當通訊恢復正常時，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，幫助測試工程師提高了測試的效率和準確性。

    三、CAN總線分析

    在當今汽車中廣泛采用了汽車總線技術。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復雜的電子設備、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在汽車上的廣泛應用，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CAN的概念也就應運而生了。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有關標準，CAN的拓撲結構為總線式，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數(shù)接點時超負荷LEVEL變動等造成的異?，F(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)條件能被設置成CAN數(shù)據(jù)幀（ID,Data,RTRbits,等.）的字段或多字段。觸發(fā)在錯誤幀時也能被激活?？稍跁r間軸上對捕獲的CAN總線波形數(shù)據(jù)進行分析，每幀的ID和數(shù)據(jù)以16進制或二進制符號顯示。

    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、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，會使泵馬達迅速工作。這個快速的馬達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DL750Max.1GW長內(nèi)存可以高速采樣捕捉從開始到結束的所有制動動作過程。也可在捕捉到整體過程后，利用放大功能詳細地測試其中某個不規(guī)則部分。此功能可自動設定波形參數(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）/電機開發(fā)

    動力方向盤（EPS）在小型汽車中應用已經(jīng)比較普及了,但在需大扭矩的大型車中應用時需要采用3相電機.不同于傳統(tǒng)的DC機,測試3相交流電機需要功率計測試電力及效率.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。對特定運行模式還可以進行累積功率測試。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)化為物理量實現(xiàn)同時測試。

    六、直噴式柴油發(fā)動機噴射實驗

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

    （一）機械部分設計值的評價（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)動機轉(zhuǎn)速變化及噴嘴電磁閥開關時間。發(fā)動機開發(fā)需要進行動態(tài)測試（逐步提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢查是否符合設計要求）和靜態(tài)測試（在轉(zhuǎn)速固定狀態(tài)下檢查是否運轉(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正時和實際噴射正時。

    七、本文小結

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