汽车仪表板电子测试系统的设计与实现

朱佼佼

(上海电气自动化设计研究所有限公司，智能化工程部，上海 200023)

0 引言

汽车仪表板总成在流水线安装完成以后，将安装到整车上。整车在装配完成后，虽然可通过车辆电子诊断仪进行诊断［1］。但若在总成流水线上经过安装其他零部件全部完成至下线后才发现仪表板总成故障再返修，其返修成本可能大于整车的装配成本，会造成很大的浪费。为防止将有故障的仪表板总成安装到整车上，就必须要在安装前就测试仪表板总成内的各个电器功能。汽车仪表板电子测试系统是针对此项生产需求专项开发的测试装置。

1 测试原理

1.1 基本原理

汽车仪表板电器一般由组合仪表指示灯、开关、连接桥、收音机和空调风扇电器等几个部分组成［2］。通过分析仪表板电器原理结构，可以采用欧姆定律原理方法测量指示灯、开关、连接桥以及其他电器部件［3］。

图1是测量仪表板内的组合仪表的指示灯的方法。假设指示灯电流是0.1 A，经过分流器(3 A/75 mV)得到2.5 mV电压，经过40倍电压放大器放大就可得到0.1 V电压，可送入A/D转换器模块。

图1 指示灯的测量

图2 是测量仪表板开关的方法。通过负载电阻测量开关的额定电流(不同的开关负载电阻是不同的)，经过分流器(3 A/75 mV)可得到一个电压值并送入电压放大器放大。如果开关电流是1.2 A，从分流器得到电压为30 mV。经过40倍电压放大器放大可变为1.2 V，可送入A/D转换器模块。

图2 仪表板开关的测量

图3 是测量仪表板电线连接桥的方法。通过增加一个模拟负载，该负载值根据连接桥的额定电流测算而设定，经过分流器(3 A/75 mV)可得到一个电压值并送入电压放大器放大。如果电线连接桥电流是1.0 A，从分流器得到电压为30 mV，经过40倍电压放大器放大是1.0 V，可送入A/D转换器模块。

图4是测量仪表板内电器的方法，通过分流器(10 A/75mV)可直接得到一个电压并送入电压放大器。假设电流是5 A，从分流器得到电压为37.5 mV，经过133.3倍电压放大器后可放大至5 V，即可送入A/D转换器模块。

图3 连接桥的测量

图4 电器的测量

通过连接到汽车仪表板线束上的接插件将读取的电压值经过放大处理后由PLC输入模块采集并存入变量中。通过逻辑设置电压窗口判断变量大小，将数值与标准值作比较，即可判断所测试对象的装配是否可靠，功能是否正常。

1.2 实例分析

根据前节的分析可知，通过欧姆定律可对仪表板各设备进行测试从而检验仪表板的安装可靠性。但对于装配完毕的仪表板，由于尚未进入总装程序，无法使仪表板上的各设备，如空调，收音机，指示灯等进行工作而测试。但只要分析车辆电气图纸，即可找出各设备的供电进线具体点位。因此，通过测试系统为待测仪表板提供电源，即可使仪表板仪器形成回路，通过检测相应回路的电压或电流，以及直观检测部分设备的运行状况，即可判断仪表板装配是否符合要求。

以上海通用汽车公司生产的某车型为例，经过对此车型的仪表板电气图纸分析，可得出如下的测试项目方案。

2 系统设计

2.1 系统设计

针对仪表板装配的生产线特性并根据测试人员以及现场情况，可设计如下测试系统(见图5)。

系统主要由接口部分、变送部分、控制部分以及上位机部分组成。

接口部分是可与仪表板线束接头紧密接合的接插件，负责直接采集仪表板回路电流电压数据并提供电源(见表1)。

变送部分负责将采集到的仪表板回路数据变送为可供PLC模块采集的电信号。

控制部分是整个系统的核心模块，主要由PLC组成。负责采集变送后的电信号，上传至上位软件;并根据PLC内编写的程序进行判断，输出控制信号，对整个测试流程进行控制［4］。

表1 某车型测试方案

图5 系统结构图

上位机部分主要由工控机、服务器、人机界面以及控制软件组成。此部分功能主要是将PLC上传的数据通过显示器直观显示给测试人员，并存储数据。人机界面还提供开放环境供管理人员对测试系统进行各种设置，以扩展可测试的车辆类型或更改测试参数值。

2.2 控制流程

系统整体通过PLC进行测试的流程控制(见图6)。当测试人员按遥控器开始一台仪表板的测试后，PLC按照既定程序开始首项测试项目，操作人员进行相关器件操作。若测试项目为直观检测(如收音机是否正常工作)，测试人员在直观检测合格后手动按遥控器按钮进入下一项测试。若测试项目为采集数据检测(如空调回路电流值测定)，则系统将会自动判断采集数据是否在标准限值范围内。若是，则进入下一个项目，若不在范围内，则说明测试不合格，由测试人员进行现场检查维修，并重新测试。若仍不能通过，则此项目测试失败，在最终本台仪表板测试报告中将记录下此项目的测试结果。

图6 测试控制流程图

3 难点分析与解决

本系统难点一是接插件的可靠性。

由于汽车仪表板装配生产均为流水线操作形式，仪表板电子功能测试是以一道工序的形式存在流水线上，因此效率与可靠度对于整个系统来说是最重要的指标。接插件的质量将直接影响到系统采集到的测试数据真实性。从本测试系统的实际应用来看，接插件的接触不良问题占了系统使用初期故障发生问题的90%以上，因此接插件的可靠性成为了本系统的最大瓶颈。本系统通过使用快速成型等技术制作接插件，并改良原有接插件形式，将针脚改为弹簧顶针形式，有效降低了接插件故障的发生率。

本系统难点二在于汽车电子系统的激活。

随着现代汽车电子技术的快速发展，越来越多的汽车电子系统采用数字控制方式。尤其是高端车型，已基本将所有控制功能集中于车身控制模块MCU上。而此类模块目前仅仅通过简单的电源接通已无法启动，必须同时通过CAN总线通讯方式激活才可进入工作状态［5］。因此对于本测试系统来说，在为仪表板中各器件提供电源的同时，必须同时增加通讯接口，预先设定激活指令以保证元器件正常开启，从而采集回路数据或者启动部分设备以便测试系统进行相关检测。在最新的系统改进中，本系统已尝试通过第三方车辆诊断仪配合激活车身控制模块，并通过函数调用方式将诊断仪功能集成到本测试系统中［6］，实现了高端车型电子测试的功能。

4 结束语

汽车仪表板电子测试系统的开发，解决了汽车仪表板装配生产线出厂前的测试问题。通过使用测试系统，整车装配时由于仪表板总成故障而返修的情况大大降低，相关生产链的生产商也因此节省了费用开支。随着汽车生产技术的发展，除了汽车电子系统的激活问题外，汽车部件总成生产技术也在不断变化，因此相适应的电子测试系统也需要进行不断的完善和改进，才能够最大程度解决生产线上出现的新的难题。

［1］罗富坤.汽车故障诊断技术［M］.北京:化学工业出版社，2010.

［2］李光耀.汽车内饰件设计与制造工艺［M］.北京:机械工业出版社，2013.

［3］张应龙.识读汽车电路图［M］.北京:化学工业出版社，2012.

［4］廖常初.PLC编程及应用［M］.北京:机械工业出版社，2014.

［5］徐景波.汽车总线技术［M］.北京:中国人民大学出版社，2011.

［6］郑阿奇.Visual C++网络编程教程［M］.北京:电子工业出版社，2013.