车载电性能测试设备的设计方案及应用

余超，李雪辉（江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



车载电性能测试设备的设计方案及应用

余超，李雪辉
（江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘要：汽车电性能测试是汽车电气系统设计的重要环节。文章重点阐述了一种便携式电性能测试设备的解决方案，并对其在汽车电性能测试中的应用进行说明。

关键词：电性能测试；便携式设备；信号采集

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U462.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-164-03

1、电性能测试

汽车电性能测试是验证汽车电气系统设计可靠性的重要手段，现已逐步应用于各汽车整车企业。电性能测试针对实车进行，一般分为三个系统：1、电源系统，包括电源分配测试、电平衡测试、静态电流测试等；2、线束系统，包括CPT（回路保护测试）、线束损坏、温度变化等；3、接地系统，包括接地电阻测试等[1]。

2、电性能测试对设备的要求

电性能测试的项目涵盖较广，传统的电性能测试设备较为独立，如万用表及后来的示波器，均为单个的测试设备，没有形成系统，测试起来比较复杂，且像示波器这种需要220V供电的设备在较多工况下不方便使用。实用的电性能测试设备必须具备以下特点：（1）合适的量程及采样频率；（2）足够的采集通道，适用于多路测试同时进行；（3）丰富的上位机功能，如信号触发、记录、保存以及数据回放等功能；（4）携带方便，有内置电池，方便随车测试。

3、方案设计

3.1方案概述

本方案硬件系统以NI-cRIO实时系统为核心（美国国家仪器有限公司，National Instruments，简称NI），通过NI_C系列采集模块组成采集和控制系统，通过开发底层的FPGA 和RT程序实现电流/电压采集、温度采集、CAN/LIN总线信号采集，通道状态指示控制和数据传输。上位机通过TCP/IP协议与测试系统通信，实现数据的显示、分析、保存。为保证车辆动态测试的需要，设备内置可充电的锂电池保证设备的持续供电。

3.2硬件系统结构

硬件结构主要组成部分如下图4所示，包括：cRIO系统、供电模块、锂电池、电流传感器板卡、调理电路板卡。

3.2.1NI cRIO系统

根据电性能测试项目对设备的需求，系统必须具备电压信号、电流信号、温度信号、CAN信号、LIN信号的采集能力。因此，在NI 除RIO系统中，需要具备处理器、板卡机箱、电压采集模块、电流采集模块、模拟采集模块、CAN/LIN采集模块等，各模块具体配置情况如表1。

图1　系统硬件结构示意

表1　

3.2.2静态电流量程切换模块

整车及控制器静态电流测试需要精度较高的采集卡，通常精度较高的采集卡量程比较小，本系统采用的静态电流采集卡量程范围为±5A，在静态电流测试时，需要记录整车在IGN=ON->OFF->系统休眠整个过程的电流，而在IGN=ON状态下整车的系统电流较大，会超出静态电流采集卡的量程，为能保证测试数据的完整性，本方案设计了静态电流量程自动切换的功能，即当被测电流大于5A时，系统自动切换到大量程采集，保证数据记录的完整性与连续性。

为了让系统自动适应电流量程的切换，并保护小量程通道不被大电流冲击，静态采集设备中设计了量程自动切换电路，由FPGA直接驱动DO板卡实现对不同通道继电器的控制，使用FPGA可以确保切换的速度。通道切换的电路原理如图2所示。

为了保证通道切换过程中不发生瞬间开路现象，需要在通道切换瞬间两个通道的继电器同时处于吸合状态。电流切换的时序图如图3所示。

图2　通道切换原理

图3　电流切换时序

3.2.3通信接口

车载电性能测试设备与上位机采用千兆以太网连接，并通过TCP/IP协议进行数据交换，如图4所示：

图4　通讯方式

3.2.4供电模块

为满足实车动态测试需求，系统设置内置电池供电系统。供电系统主要由锂电池、内置充电器、交流供电电路组成。

● 锂电池

锂电池采用14AH容量电池，其输出电压范围13-15V，保证在脱离外接电源时为设备充分供电。

● 220V充电

车载电性能测试设备可通过220V交流充电线进行充电，当连接充电线后，系统会自动切换到交流供电模式，为电池进行充电，同时不影响设备正常工作。

3.3软件方案

3.3.1软件架构

图5　软件架构图

为了保证控制的实时性、数据记录的连续性和操作显示的方便性，电性能测试系统采集设备软件系统采用多平台开发的方式。

3.3.2上位机程序

上位机程序主要实现硬件管理、数据采集、数据处理、数据保存、数据显示及通信管理工作。

各功能模块之间的关系如下所示。

图6　模块转换关系

3.3.3进入界面

进入界面可以根据测试内容对系统和总线进行配置，如选择DBC文件，配置测试环境（电平衡测试、电源分配测试、接地悬浮测试等工程环境）。图7为系统进入界面示意图。

图7　进入界面

3.3.4数据采集

数据采集主要实现对电流、电压、温度、CAN信号、LIN信号的采集。通过采集通道的设置，确定被采样数据。采集过程中，数据会以图和表的形式显示在软件界面中。如图8所示：

图8　数据采集界面

3.3.5数据管理

数据管理是对采集数据进行回放分析的工具，通过数据管理软件，用户可以方便的查询历史数据及测试信息，可以对回放数据进行分析处理并打印报表或输出电子表格等操作。

4、应用举例

以下以整车静态电流测试为例，对设备使用进行说明。测量时首先选择合适通道量程，将设备串联至汽车蓄电池负极内（如图9），使得整车供电电流经过该设备（若测量其他项目，需要车辆行驶，也可以将设备放在车内）。

图9　实车测试

接着，打开设备电源开关，与上位机WIFI连接，配置电流测量界面，打开对应通道，此时上位机界面上会显示电流值以及曲线。然后，操作整车，检测网络休眠，本地休眠等各个情况下的静态电流值，如图10：

图10　数据监控界面

5、结论

该方案的具有设备便携，上位机界面可配置，通道充足等优点，能够满足汽车电性能的测试需求。

参考文献

[1]ISO16750-2,汽车电子电性能测试标准.

Project and Application of On-board Electrical Test Equipment

Yu Chao, Li Xuehui
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abstract:Auto electrical test is an important part of electrical system design.A kind of portable electrical test equipment is expounded here，andthe application of the equipment isintroduced.

Keywords:electrical test; portable equipment; signal collect

中图分类号：U462.1

文献标识码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-164-03

作者简介：余超，就职于江淮汽车股份有限公司。