高端重型商用车检测线技术研究与应用

何伟 郑毅 靳跃东 李志高 李秀

（1.东风商用车有限公司，十堰 442000；2.高德科科技（北京）有限公司，北京 100021）

1 前言

汽车检测线是随着汽车工业的发展，从无到有逐步发展起来的，用于出厂新车和在用汽车安全性能和技术综合性能检测。最早就是以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和检测设备。随着检测技术和计算机技术的发展，逐步发展成为拥有多台机电一体化检测专用设备、计算机控制自动化数据采集处理的汽车检测线系统，实现了检测流程自动化，设备控制智能化，检测工艺标准化、数据共享、打印、存储、显示、通讯等功能于一体的网络化。

随着物流运输的发展，对运输车辆的安全技术要求越来越高，作为陆路运输主力的商用车逐渐向高端重型化、智能化方向发展。在加强车辆制造技术开发的同时，多种先进的安全技术也引用到商用车领域。以电子控制单元行车电脑(Electronic Control Unit，ECU)为电控核心，配置车载自动诊断系统（On-Board Diagnostics，OBD）、制动防抱死系统/紧急制动系统（ABS/EBS）、电控空气悬架 系 统（Electronically Controlled Air Suspension，ECAS）、360行驶记录仪等智能技术，成为高端重型商用车的标配。车道偏离警示系统(Lane Departure Warning System，LDWS)、盲区监视（Blind Spot Monitoring，BSM）、前方碰撞警告系统（FCWS）等安全驾驶辅助技术也逐步应用到高端重型商用车上。针对这些新产品、新技术、新材料、新方法在商用车行业的推广应用，国家标准适时作出补充、修订和发布。“采用了主被动安全新技术、新装置、新结构的机动车，新技术、新装置、新结构的性能不应低于本标准及其他机动车国家强制标准对应的安全技术要求[1]”“汽车生产企业应对每辆车的OBD的通讯系统进行检查，确保OBD系统通讯正常方可出厂[2]。”按照法规要求，商用车检测线在现有检测项目的基础上，增加ABS/EBS检测诊断、OBD诊断检测以及预先紧急制动系统（Advanced Emergency Braking System，AEBS）诊断等专业检测技术，按新国标要求升级检测系统，为高端商用车安全运行提供技术保证。

2 检测线基本构成与功能

目前高端的商用车检测线系统是将多台专用检测设备，借助计算机网络的数据共享优势，搭建成局域网的设备系统，实现特定的功能。系统搭建一般有2种方式：一种是集中式控制和管理，所有检测设备仪器仪表的控制集中在1台主控计算机上，其检测流程、设备控制、数据采集、处理、判定、显示、打印、存贮均由主控计算机来完成，实现设备集中控制和数据管理，设置车辆信息登录终端和服务器。这种方式的优点是设备单机结构简单、价格低，缺点是主控系统计算机负荷重、适应性差，发生故障时易造成全线停工；另一种是分级控制集中管理的方式。一般采用二层级控制，一层级为设备单机控制层级，主要实现单机设备的控制、数据采集处理，二层级为各单机设备以及与上位机的联网控制、设备及各位状态采集、流程控制与人机交互信息显示；集中式管理主要包括检测标准和工艺参数管理、检测流管理、在线车辆调度管理、设备状态信息管理、检测数据汇总及综合判定、打印结果和存贮数据库管理。这种模式优点很多，模块化设计适应能力强，便于增加新的检测项目、检测标准升级或删减不需要的项目，各控制环节负荷分配均匀，故障率低，且单一故障不影响其他工序，为目前大部分汽车厂检测线采用。

以下以分级控制集中管理模式的高端商用车新车出厂检测线系统制造技术来展开。

检测线主要设备及检测项目详见表1。

表1 汽车检测线检测项目和设备对应表

3 检测线自动化控制系统与车辆在线通讯诊断技术

3.1 检测线自动化控制流程工艺设计

根据商用车整车及主要总成、安全装置等有关运行安全的基本技术要求[1]，柴油车自由加速烟度及加载减速法污染物排放限值及测量方法[2]以及其他相关法规和专项性检测要求，设计重型商用车出厂检测线检测工艺。检测项目包含机动车安全检验项目表(注册登记安全检验)[3]所列出的在线必检项目，如速度表检测、发动机排放检测、制动力（制动踏板力和手刹收拉力）检测、前照灯检测、喇叭声级检测、转向桥侧滑检测等，以及企业内控检测项目等。

同时，结合汽车厂新车出厂前的质量保证要求，把一些工厂内控检测项目整合进检测线系统。如车辆ABS在线检测、拖头车挂车阀检测、车身电检、管路气密性检测、前轮定位检测等，这些内控检测项目是确保必检项目合格的有效措施，工厂内控检测项目对应的工艺文件、设备保全管理等同于法规必检项的管理要求。

检测线工艺流程如图1所示。

3.2 检测设备的自动化控制系统设计

检测线系统主要由计算机主控系统及网络设备，检测设备和智能检测仪表等其它设备组成，通过网络链接，形成1个局域网。检测设备的自动化控制系统包含最底层的数字量信号I/O采集、模拟量信号放大调理以及车辆电控系统在线通讯诊断、设备的电气控制回路等主要部分。

检测线系统的核心是检测线主控计算机系统，一方面，主控计算机通过扫描车辆识别号码（Vehicle Identification Number，VIN）与制造生产执行系统（Manufacturing Execution System，MES）联网，自动获取车型检测参数，选取检测标准，编制检测流程；另一方面，与检测设备和智能仪器联网通讯，实现设备的控制和检测数据的自动采集，实现检测流程的自动化。

机械类检测设备，具备单机控制功能和检测数据自动采集，部分设备还具有动力驱动和变频调速单元等。采用工控机控制系统便于数据处理和自动化控制。复杂的控制过程，可以配置PLC控制，PLC与上位工控机通讯来实现。

其它设备，如全自动前照灯检测仪、透光式烟度计、声级计等智能仪器仪表通过标准的RS232或RS485通讯口，按照标准的通讯协议，与上位工控机联网和通讯，很便捷地实现检测线计算机系统对设备的自动化控制和检测数据的读取。

3.2.1 数字量信号I/O采集

在检测线系统中，数字量信号包括各类到位光电开关信号、按钮信号、接近开关信号、脉冲信号、限位开关信号等输入信号，也包括举升结构电磁阀通断输出、电磁抱闸控制输出、电机的启动/停止控制信号等数字量输出DO信号。在电控系统设计时，这些信号均为通断信号，可取DC5V～DC12 V～DC24 V级的某1个工作电压值，可直接接入数字量I/O调理板，如图2所示。

这些信号经过调理后，编译成为一个二进制数码，工控机里的数字量I/O采集卡直接读取数字量I/O调理板的485串口，DI信息就读到工控机里。经过控制程序的逻辑运算，DO输出到数字量I/O调理板的另一串口，解析后输出到DO输出端子，通过中间继电器板，进而控制驱动单元，如电机、电磁阀等。

3.2.2 模拟量信号调理与模数转换

检测线设备的模拟信号主要来自于设备试验台的压力传感器、位移传感器、秤重传感器。

目前使用的还是感知、输出的单一功能的普通传感器，这些传感器的优点是结构简单，信号采集简单便捷，信号放大、过滤处理方式多。缺点是故障率高，抗干扰能力弱。这里信号采集后，要将模拟量转换成计算机能识别处理的数字量。模拟量信号放大调理和模拟量信号A/D转换原理如图3所示。

而实现计算机软件系统对设备的控制，是将1组二进制的数字量，转换成外部设备可以接收的模拟量如电压或电流，接入电气回路，实现对应设备的驱动控制。在采用PLC的电气控制系统中，PLC模拟量输出模块就能实现这一功能，模拟量输出模块又称为D/A模块，把PLC接收到的上位计算机发送过来的数字量送往模拟量输出模块，转换成外部设备可以接收的模拟量（电压或电流），输出到电气回路。

随着技术的进步，智能传感器(Intelligent Sensor)技术逐渐成熟，信号采集与处理变得更加简捷，将传感器与微处理器集成在一块芯片上，具有采集、处理、交换信息的能力。智能传感器“智能”主要包括安装使用过程中的自主校零、自主标定、自校正功能，使用过程中应对各类环境干扰及变化的自动补偿功能，工作状态下的数据采集及自主分析、数据处理等本地逻辑功能，数据采集后的上传及系统指令的执行处理功能等，以及大数据分析数据采集产品中的自学习功能等，这些都是传感器智能化特征。

检测线设备常用传感器如图4所示。

3.2.3 车辆电控系统在线通讯诊断技术高端智能商用车，显著的特点就是配置有车载专用微机控制器ECU，车身电气采用总线技术，并配备ABS/EBS等行车安全模块和发动机尾气排放处理模块等智能装备。这些智能技术都是由车载ECU来控制的，因此，ECU控制的可靠性，影响着车辆的行车安全性和发动机排放合规性等。对高端智能商用车智能装置的检测，必须检测车载ECU以及OBD通讯接口的可靠性[2]。新车出厂前，车载OBD通讯全数检测合格，监管部门通过网络实时监控检测过程和检测报告。

车辆ABS/EBS可靠性检测、发动机加载减速法排放检测等通过试验设备连接车辆16针OBD诊断接口，按照特定的通讯协议，试验台向车辆ECU发送指令，命令车辆做出某个动作，设备控制系统测试到车辆动作对设备的反作用，按照相应的逻辑关系，来判断该性能是否合格。

车载16针OBD诊断接口主要有K线通讯接口和控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线接口。使用K线标定EBS系统、AMT（自动变速箱）系统等，使用CAN总线标定车身电子控制系统（简称VECU）、组合仪表等系统。目前绝大部分出厂新车统一为CAN总线接口。常见的有16针圆头和16针方形诊断接口，如图5所示。

下面介绍基于车身CAN总线技术的车辆OBD检测、车辆ABS/EBS检测和速度表检测工艺，分析车辆电控系统在线通讯诊断的设计原理，如图6所示。

a.车辆OBD检测：目测检查仪表板上的故障指示器的状态变化，初检车辆OBD系统的故障指示系统是否正常。将车辆的点火开关旋转到“ON”状态后（各种仪表指示灯点亮），仪表板上的各指示灯进行自检，此时车载诊断系统故障指示器应激活(常亮或按照国六OBD要求闪烁)；若故障指示器没有被激活，则可以判定OBD检查不合格。

车辆连接OBD诊断仪，使用OBD诊断仪的快速检查功能，无需人工操作，OBD诊断仪应自动输出检测结果，并将检测结果输出到计算机数据管理系统上。根据输出结果及故障指示器的状态，对车辆进行判断。为了贯标以及车辆管理，OBD诊断仪与排放检测系统联网，实时数据流的上传。OBD诊断仪应将检验过程的逐秒的数据流信息按照法规要求实时上传主管部门留存备案[2]。

图7所示为加载减速法柴油车排放测试。

b.车辆ABS/EBS检测：以制动试验台为基础，将单一转速的驱动机构改造成变频调速驱动模式，在工控机上扩展1个OBD通讯模块，通过OBD适配器与车辆的ECU诊断口连接。按照车载ABS/EBS的通讯协议，设计通讯和控制软件。当车辆通电时，工控计算机与车辆ECU之间建立通讯，并控制试验台，按照工艺要求开始检测。新车出厂前，ABS/EBS的检测主要是对ABS/EBS气路和电路的装配正确性（错接，漏接）、可靠性进行检查，ABS/EBS的各零部件（ECU、指示灯、车轮速度传感器、电磁阀）的功能完好性进行试验。工控计算机读取ECU数据，检测和清除ECU故障代码等。

c.车辆速度表检测：为了提高速度表检测的精度，减少人为因素的影响，充分利用高端重型商用车车身CAN总线技术，在传统的速度试验台上开发车身CAN总线速度表试验技术。

基于车身CAN总线的速度表试验技术，通过OBD获取车身CAN总线的速度值作为仪表显示车速，速度试验台采集到的车速数据为实际车速。当车辆到达39～40 km/h的速度时，进入速度台车速数据采集区间，采集到的值按照公式（1）进行对比。每次的对比结果都符合时，系统判定为合格。车辆速度超过40 km/h，本测试点结束。车辆继续加速，当仪表车速加速达到59 km/h时，开始做对比，在59～60 km/h区间采集到的值都进行对比。每次的对比结果都通过时，系统判定为合格。

车身CAN总线速度表试验判断方法见公式（1）。

式中，V1为车辆仪表速度值；V2为试验台测量速度值。

4 检测线计算机联网系统

检测线计算机系统采用分散控制、集中管理的局域网模式搭建，如图8所示。一般情况下，系统由1个主控制站、5个检测子站即工位、1个信息录入系统、服务器数据库系统构成，全部由计算机自动化控制。检测线计算机数据库系统，可与工厂MES系统进行数据交换，获取车辆的基本车型参数、检测工艺参数，并上传车辆的检测信息，包括检测数据、评判结论等。

a.检测线计算机控制系统硬件设备主要由主控工控机、扫描登录终端、服务器、外接显示器或点阵牌，以及交换机等网络设备构成，操作系统采用中文Windows7或更高版本的系统，全中文人机交互式界面。服务器数据库软件采用Microsoft SQL Server大型数据库作为整个系统的数据服务器，保证数据存储的安全和大容量，需要时可方便升级或接入更大的局域网络和Internet网络。整个控制系统采用高效率编程工具Visual C++设计，保证系统运行的稳定、快速和数据的真实准确。各工位计算机之间支持基于TCP/IP协议的10 Base-T或100 Base-T网络联网，工位机和检测设备之间的通讯支持RS232和TCP/IP协议。

b.检测线应用软件包括主控软件、登录软件以及工位控制软件系统。应用系统采用模块化设计，模块化设计的特点就是方便扩展，用户自己可以任意扩展网络和添加设备、增加检测项目等。应用系统设计成图形化的检测界面，使整个检测线系统简洁明了、易于掌握、操作方便。同时，用户还可以可以选配不同的检测设备，按需组合检测项目和检测工位排序。在后台应用程序方面，开发有设备的检定校准模块、设备状态的监测与控制模块、板卡通道的配置模块等通用功能。工位显示系统，各工位配置大尺寸工业级液晶显示器或数字电视，可以动态模拟显示测试过程和数据。

c.系统设置用户权限管理功能。在车型参数、检测标准、检测参数、数据库等关键环节设置管理权限授权，可根据需要为不同用户分配不同权限，包括普通用户、主管、系统管理员权限等。

d.检测数据库开发多种数据查询、统计、定期转存功能及数据导出等功能。可根据关键字段查询相关数据，生成报表并打印。借助数据库的辅助功能，系统还可以记录车辆当前检测状态，可让车辆暂时下线或在线任意调整车辆的检测工序。车辆重新上线时，自动识别并对未检测或不合格项目进行筛选，也可选择重新检测全部项目。

5 结束语

高端重型商用车检测线通过设备自动化控制和计算机联网，实现了车辆大批量的流水线式的检测；通过检测设备与车辆ECU的通讯，实现了高端智能商用车的电控系统在线诊断检测；通过计算机联网通讯，实现了出厂车辆的检测数据共享。东风商用车车辆工厂新近开发的重型商用车检测线，应用了上述的研究成果，不仅满足传统车辆的法规项检测，而且实现了智能商用车ABS/EBS、OBD在线通讯诊断，实现了速度表CAN总线检测等，检测线的设备测量精度、灵敏度、网络系统稳定性等均优于传统的汽车检测线的技术水平。这些检测线技术的应用，对正在向重型化、智能化方向发展的高端商用车行业的检测技术升级，具有重要的借鉴意义。