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    基于LXI總線技術實現汽車振動可靠性試驗監控系統的設計

    電子設計 ? 2020-12-29 10:15 ? 次閱讀

    作者:雷達,陳劍,馬文明,陸兵

    1引言

    由于路面激勵和發動機振動這兩大激勵源的存在,汽車電器與電子系統故障占整車故障的比例極高,且呈逐年增加的趨勢。在試驗室內對車輛及其零部件進行道路模擬振動試驗被認為是加速產品開發、提高產品質量的有效手段。傳統的試驗過程多采用人工值守,對相關數據進行紀錄。這種方式存在以下問題:

    1.試驗環境惡劣,常伴有噪聲、濕熱等因素;

    2.時間長,值守人員的工作負荷大;

    3.人工記錄數據,缺乏完整性和一致性;

    4.故障現象不具有可溯性,無法為故障分析提供充分的依據;

    這些不足之處在很大程度上影響了試驗的有效性,無法對試驗結果進行深入的分析。由于汽車電器系統自身控制原理復雜,包含的元器件數量種類繁多,結構形式多樣,借助自動化測試設備對整車電器系統進行試驗過程的實時監控尚不具備通行的有效方法。本文著重論述了一種應用于“汽車電器系統可靠性試驗臺”的適用于整車電器系統試驗監控及故障診斷的測試系統的構建方法。

    2監控系統工作原理

    汽車電器可靠性試驗臺借助輔助試驗設備施加電應力和振動應力,使臺架上的汽車電器系統模擬汽車道路試驗的實際工況進行試驗。“汽車電器系統可靠性試驗實時監控系統”以電路內的可及節點作為監控點,借助數據采集設備對各用電器回路內電壓、電流、頻率等信號進行跟蹤測量和記錄;通過應用軟件對單元數據進行實時的處理分析,及時發現故障,實現聲光電報警,并對典型故障的類型和位置做出診斷。

    2.1系統基本設計構想

    由于被試系統自身的復雜性,監控系統在設計上采用了基于“UUT(UnitUnderTest)分類”的系統規劃方式,如圖1所示。針對UUT類型展開系統的硬件和軟件設計。采用這種方法的原因在于:

    1.汽車電器系統的常規用電設備采用的是并聯方式,以每一用電器回路作為一個試驗單元UUT,則整個被試系統即可作為一個由多個UUT并行試驗的電路網絡系統;

    2.汽車某些電器設備在其工作模式及故障形式上多具有共性,結合其自身特性及相關標準要求可將全部UUT單元劃分為燈具、電機、儀表等幾種典型分類;

    3.針對UUT分類展開設計而非針對單個UUT,可以減小系統復雜度,提高通用性。

    基于LXI總線技術實現汽車振動可靠性試驗監控系統的設計

    圖1:系統基本設計構想

    2.2參數測量的實現

    圖2:阻性電器單元監控原理

    構建多通道數據采集系統,對各節點處的電參數進行實時的測量和數據處理,便可實現準確的故障識別和定位。

    3系統測試儀器的合成

    系統采用基于LXI(LANeXtensionsforInstrumentation)總線的測量平臺。LXI是一種適用于自動測試系統的新一代基于LAN的模塊化平臺標準。LXI模塊化測試標準融合了GPIB儀器的高性能、VXI/PXI卡式儀器的小體積以及LAN的高速吞吐率,并考慮了定時、觸發、冷卻、電磁兼容等儀器要求。同時還具有諸多優勢特性,例如:它是開放的工業化標準體系,具有向下兼容性,儀器開發成本低,有很好的協同工作能力,具有可擴展性等。其數據傳輸擺脫了傳統儀器對數據傳輸距離和帶寬的限制,可以方便的實現儀器遠程控制和遠距離高帶寬的數據傳輸。在惡劣的試驗環境,如振動試驗的高噪聲環境條件下,因其在遠程控制和數據傳輸網絡上的優勢,LXI相對于其他總線平臺具有更好的適用性。

    3.1主控制器

    如圖3所示,系統以工控機作為主控制器,通過LAN網絡進行模塊控制,并完成系統的數據處理、顯示、存儲等工作。作為整個試驗系統的主控制器,工控機同時擔負著可靠性試驗應力加載控制的任務。

    3.2LXI虛擬儀器模塊

    1)測試主機系統選用Agilent34980A開關/測量單元作為硬件平臺,通過內置數字多用表對待側信號進行測量轉換和輸出。測試主機通過LAN總線與主控計算機進行通訊和數據交換。

    2)多路轉換器由于待測系統內的信號以較為穩定的直流模擬量信號為主,所以采用公共DMM分時測量方式。通過兩個光電隔離ETF開關模塊,實現80個通道的雙線測量。

    3)抖動測量模塊用于瞬斷監控,檢測電路內電壓瞬態跳變情況。

    4)D/A轉換模塊D/A轉換器為被試系統工作器件提供驅動信號,如轉速表和車速表工作所需的電壓脈沖信號,燃油表、水溫表工作所需的電流信號。信號由主控計算機控制,由D/A轉換器輸出,經過調理后通過模擬量I/O接口輸入被試系統。

    5)數字示波器數字示波器通過LAN總線與主控計算機進行通訊和數據交換,并通過模擬總線連接測試主機,與內置儀表共用開關模塊。實現對80個測量通道的任意一路信號進行高頻采樣和虛擬示波。

    圖3:系統硬件構成

    3.3關鍵問題

    1)頻率信號的測量待測信號同時存在100Hz以上和3Hz以下的頻率信號,由于系統是公共DMM等時掃描測量的方式,兩種信號需采用不同的采樣方式進行測量。對于高頻信號將系統掃描通道設置為頻率測量直接輸出。對于低于3Hz低頻信號,由于其頻率過低頻率通道無法直接測量,因此需采用擬合的方式。此種方式對系統掃描頻率有較高要求根據Nyquist定理:單通道采樣率應由待測信號頻率上限決定;故有:若對80個模擬通道進行掃描采樣,開關的總切換頻率應大于480CH/s。系統將單次掃描的時鐘設計值為160ms,實際掃描頻率為500CH/s,實現了低頻信號的測量。

    2)瞬斷監控的實現瞬斷作為一種電路瞬態現象,DMM分時采樣方法采樣率過低,無法對該類信號實現監控,而多通道并行的模擬量數據采*導致大量的數據冗余和過高的系統成本。系統使用了抖動測量模塊以32通道并行的數字量采樣方式實時監測各通道電壓跳變情況,單通道最高采樣率為0.1μs,根據汽車電器的試驗電壓將監控電壓閾值設定為10.5V/21V可選。

    4系統應用軟件設計

    4.1軟件開發環境

    系統選用LabWindows/CVI作為軟件開發平臺。它具有交互式編程方法和豐富的庫函數,為開發人員建立數據采集和過程監控系統提供了理想的軟件開發環境,是實現虛擬儀器及網絡化儀器的快速途徑。

    4.2試驗監控中的多線程技術

    Windows是弱實時性的操作系統.它通過線程的優先級來實現搶先,通過對測試線程進行適當的優先級設置來滿足大部分測試任務的實時性要求。試驗監控要求系統控制、數據采集、數據顯示和數據分析各項功能同步完成。利用LabWindows/CVI多線程中的線程池技術可以很好的實現系統的實時性。以界面控制作為主線程,通過界面操作向其它線程發出控制指令,使系統能夠對用戶操作及時響應;數據采集、實時顯示、故障診斷作為輔助線程,與主線程同步執行。在輔助線程中,實時顯示線程和數據分析線程通過管道消息驅動機制與數據采集線程進行實時的通信,實現線程間的數據共享。

    4.3故障診斷方法

    按照邏輯識別原理:故障原因函數A、故障特征函數X和決策規則E三者滿足布爾函數關系,故障診斷過程的實質就是從已知的X、E中解出A,用邏輯語言表示為:其實現方法是將被試系統按UUT工作特性劃分為6種典型的監控單元類型,并針對類型設計相應的故障識別子程序,其內容包括:

    1.以監控單元類型為對象建立典型故障模式數據庫,即構建故障原因函數A;

    2.用電路的可測物理量I、U、f等參數對故障模式進行描述,構建故障特征函數X;

    3.以邏輯判斷為基礎建立故障決策規則E,并轉化為相應的故障識別子程序。

    圖4:故障診斷簡化流程圖

    運行過程中,系統發出采集指令并取回數據,數據處理線程首先將各待測物理量實時數據與閾值庫中UUT狀態參數對應的閾值進行對比,當發現有超閾值數據便認為有故障發生,開始起動該UUT所屬類型對應的故障識別子程序進行故障診斷,診斷子程序執行結束后實現診斷結果輸出并作記錄。圖4說明了系統的故障診斷過程。

    4.4系統數據管理及數據庫

    系統以MicrosoftSQLServer為底層建立數據庫,通過SQLToolkit建立ODBC數據源,對數據庫進行連接和數據信息存取的操作。系統配置數據可由開放的用戶界面生成,使用戶可以針對不同的試驗對象對系統進行相應配置,從而確保了系統的靈活性和通用性。

    5結束語

    該系統應用于某汽車企業的振動可靠性試驗之中,解決了汽車電器系統試驗過程的智能監控問題。使用結果表明,系統可以正確的測量、顯示、記錄和回放各測試物理量;可以對故障進行實時準確的診斷和報警,有效的改善了傳統試驗監控方法的諸多弊端,能夠滿足對被試系統進行實時監控的工程要求;以LXI總線儀器為基礎結合虛擬儀器軟件開發技術,是構建綜合性測試測量系統的有效手段。現代測試技術與計算機技術的融合使汽車電器系統可靠性試驗的自動監控成為現實,使得試驗過程變的智能化、科學化;為被試系統的故障機理分析,可靠性試驗結果*價,汽車產品的設計和品質改進提供了科學依據。

    本文作者的創新點:1.提出了一種基于LXI總線的電路多參數測試監控系統的構建方案;2.建立了基于UUT分類的汽車電器故障實時診斷方法。

    責任編輯:gt

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    據上海市市場監督管理局消息,12月31日起,廣汽本田汽車有限公司、東風本田汽車有限公司召回2019年....
    的頭像 如意 發表于 12-28 10:17 ? 312次 閱讀
    豐田中國將召回66911輛混動車型

    基于Microsoft Visual C# 2005平臺的探測器陣列數據采集算法的實現

    目前對數據采集的研究較多,但對高速數據采集的算法相對較少,也有一些對高速、高 分辨率數據采集的算法,....
    的頭像 電子設計 發表于 12-28 09:53 ? 189次 閱讀
    基于Microsoft Visual C# 2005平臺的探測器陣列數據采集算法的實現

    雙端口矢量網絡分析儀MS46522B的特點性能及應用

    MS46522B 是雙端口高性能 ShockLine 矢量網絡分析儀系列。 此高性能系列擁有不可超越....
    發表于 12-28 09:32 ? 122次 閱讀
    雙端口矢量網絡分析儀MS46522B的特點性能及應用

    中國汽車芯片市場如何?

    中國正在推動汽車產業鏈的發展,特別是汽車芯片,受到了更多的關注和重視。 ? 現在,中國幾家電動汽車初....
    的頭像 電子發燒友網工程師 發表于 12-28 09:31 ? 256次 閱讀
    中國汽車芯片市場如何?

    特斯拉允許其用戶自定義喇叭聲

    幾十年不變枯燥單調的汽車喇叭聲,終于要有新鮮感了。
    的頭像 如意 發表于 12-27 10:27 ? 279次 閱讀
    特斯拉允許其用戶自定義喇叭聲

    智慧型平安校園方案的設計特色及應用實現

    平安校園解決方案將整體設計邏輯框架分為接入層、管理層、應用層三層結構,接入層負責視頻、巡更、報警等系....
    發表于 12-26 11:12 ? 184次 閱讀
    智慧型平安校園方案的設計特色及應用實現

    智能安防系統所具備哪些特點?

      監控系統是智能安防建設中尤為關鍵的一環,更是整個系統運作的基礎,它可以盒很好的幫助實時監督每個場景下人、事、物的情況...
    發表于 12-24 16:28 ? 101次 閱讀
    智能安防系統所具備哪些特點?

    請問I2C總線拉出電阻值是多少?

    對于I2C總線,拉出電阻值是多少?
    發表于 12-15 06:24 ? 0次 閱讀
    請問I2C總線拉出電阻值是多少?

    汽車雨刷控制電路

    汽車雨刮控制電路參數要求:1. 雨刮器擺動范圍為±80度;2. 控制檔桿雨刮完成一次擺動;自動模式分三檔,向上抬起檔桿選擇。3....
    發表于 12-13 11:42 ? 606次 閱讀
    汽車雨刷控制電路

    數字化監控系統的特點及功能

      數字化監控系統得到廣泛應用,這是眾所周知的,那么,數字化監控具有哪些特點和功能呢?   數字化監控系統特點   ◆網...
    發表于 12-11 14:10 ? 0次 閱讀
    數字化監控系統的特點及功能

    安防監控系統的組成部分

      一、表現層   表現城是我們最直觀感受到的,它展現了整個安防監控系統的品質。如監控電視墻、監視器、高音報警喇叭、報警...
    發表于 12-11 14:08 ? 0次 閱讀
    安防監控系統的組成部分

    汽車電源拋棄12V選擇48V的原因是什么

    汽車電源為何拋棄12V選擇48V ?
    發表于 12-08 06:07 ? 707次 閱讀
    汽車電源拋棄12V選擇48V的原因是什么

    接入網四種結構的優缺點

    被稱為“最后一公里”的接入網,一共有四種結構,分別是總線形結構、環形結構、星形結構和樹形結構,下面就簡單地介紹一下這四種...
    發表于 12-01 16:11 ? 0次 閱讀
    接入網四種結構的優缺點

    集中監控系統的要求有哪些?

      一、系統概況和說明   為提升信息中心機房動力環境設備、網絡設備及其他設備安全管理水平、增強設備運行的穩定性、及時發...
    發表于 12-01 16:00 ? 0次 閱讀
    集中監控系統的要求有哪些?

    請問汽車信息娛樂系統中使用D類音頻放大器的原因是什么?

    為何要在汽車信息娛樂系統中使用D類音頻放大器...
    發表于 11-30 07:49 ? 808次 閱讀
    請問汽車信息娛樂系統中使用D類音頻放大器的原因是什么?

    求一個主流功率等級的高能效OBC方案?

      電動、混動汽車可通過直流充電樁或普通的交流電源插座對其高壓電池子系統進行充電,車載充電器(OBC)是交流充電的核心系...
    發表于 11-23 11:10 ? 909次 閱讀
    求一個主流功率等級的高能效OBC方案?

    SN74LVC646A 具有三態輸出的八路總線收發器和寄存器

    SN54LVC646A八路總線收發器和寄存器設計用于2.7 V至3.6 VVCC操作,SN74LVC646A八路總線收發器和寄存器設計用于1.65V至3.6VVCC操作。 這些器件由總線收發器電路,D型觸發器和控制電路組成用于直接從輸入總線或內部寄存器多路傳輸數據。 A或B總線上的數據在適當時鐘(CLKAB或CLKBA)輸入的低到高轉換時被輸入寄存器。圖1顯示了使用?? LVC646A器件執行的四種基本總線管理功能。 輸出使能(OE)和方向控制(DIR)輸入控制收發器功能。在收發器模式下,高阻抗端口的數據存儲在任一寄存器或兩者中。 選擇控制(SAB和SBA)輸入可以復用存儲的和實時(透明模式)數據。當OE \低時,DIR確定哪個總線接收數據。在隔離模式(OE \ high)中,A數據存儲在一個寄存器中,B數據可以存儲在另一個寄存器中。 當禁用輸出功能時,輸入功能仍然有效,并且可以用于存儲和傳輸數據。一次只能驅動兩條總線A或B中的一條。 輸入可以從3.3 V或5 V器件驅動。此功能允許在混合的3.3 V /5 V系統環境中將這些器件用作轉換器。 這些器件完全指定用于部分斷...
    發表于 10-09 17:08 ? 134次 閱讀
    SN74LVC646A 具有三態輸出的八路總線收發器和寄存器

    SN74HCT652 具有三態輸出的八路總線收發器和寄存器

     HCT652器件由總線收發器電路,D型觸發器和控制電路組成,用于直接從數據中復用數據傳輸總線或從內部存儲寄存器。提供輸出使能(OEAB和OEBA \)輸入以控制收發器功能。提供選擇控制(SAB和SBA)輸入以選擇實時或存儲的數據傳輸。低輸入電平選擇實時數據;高輸入級別選擇存儲的數據。圖1顯示了可以使用這些器件執行的四種基本總線管理功能。 A或B數據總線上的數據或兩者都可以存儲在內部D型觸發器中無論選擇控制端子還是輸出控制端子,在適當的時鐘(CLKAB或CLKBA)端子上都會發生從低到高的跳變。當SAB和SBA處于實時傳輸模式時,通過同時啟用OEAB和OEBA \,可以在不使用內部D型觸發器的情況下存儲數據。在此配置中,每個輸出都會增強其輸入。當兩組總線的所有其他數據源都處于高阻態時,每組總線保持最后狀態。 為確保上電或斷電期間的高阻態,OEBA \應通過上拉電阻連接到VCC,OEAB應通過下拉電阻連接到GND;電阻的最小值由驅動器的電流吸收/電流源能力決定。 特性 工作電壓范圍4.5 V至5.5 V 低功耗,80-μA...
    發表于 10-09 17:06 ? 124次 閱讀
    SN74HCT652 具有三態輸出的八路總線收發器和寄存器
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