基于Labview & PXI的發(fā)動機管理模塊測試

介紹：發(fā)動機管理模塊作為汽車傳動力控制的核心部件，其生產(chǎn)質(zhì)量檢測是保證整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程完整的重要步驟。為了模擬發(fā)動機特定的實際工作狀況，需要在同一系統(tǒng)實現(xiàn)多輸入輸出信號的集成控制和采集。為此，我們使用NI公司的基于PXI總線及其部件的硬件平臺，配以虛擬儀器技術(shù)LabVIEW開發(fā)的軟件控制系統(tǒng)，設(shè)計了一套高度集成，穩(wěn)定可靠的自動化測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)由PXI測試儀，配線板，信號調(diào)理及通訊板，電源，負載箱，測試夾具組成。測試時操作員將模塊放入夾具后，掃描條碼后開始自動測試。根據(jù)不同的車型編寫配置文件，完成對康佳AE06 ECM模塊生產(chǎn)質(zhì)量的全面判定以及生成可追溯性數(shù)據(jù)庫記錄。該測試系統(tǒng)解決了ECM模塊在生產(chǎn)線上全自動快速測試的難題，突破了手動測試的局限以及人工判定的不可靠性。

正文：

一、系統(tǒng)硬件

此臺測試儀為生產(chǎn)線設(shè)計使用，分別在不同的工位配合不同的夾具使用。NI公司的虛擬儀器技術(shù)使用成熟的計算機技術(shù)和模塊化的高性能硬件為我們系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了強有力的支持。同時，NI公司豐富的產(chǎn)品線，也讓我們在選型，確定方案時變得游刃有余。測試系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示：

圖1 測試原理示意圖

1．總體架構(gòu)
由于業(yè)界主導(dǎo)的PXI架構(gòu)采用PC技術(shù)，保持了PCI總線的優(yōu)點。同時，NI公司的PXI平臺堅固耐用。因此，在本系統(tǒng)中，選用了基于PXI總線結(jié)構(gòu)的虛擬儀器系統(tǒng)，其中PXI系統(tǒng)由嵌入式PXI控制器PXI8196和PXI機箱組成，承擔著控制中心的重要作用。

2．模擬量輸入部分
使用M系列NI PXI-6251數(shù)據(jù)采集板卡的一個模擬輸出通道模擬個8個車載傳感器（此模塊為KONKA AE06 0III系統(tǒng)）狀態(tài)，對 ECM 模塊 A/D 部分的懸空，對地短路，高電平，中電平進行測試。將模擬輸出值與ECM通過K-LINE通訊值比較，如誤差在標定的許可范圍內(nèi)，則判定此部分電路質(zhì)量合格。測試結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，以文字方式顯示在屏幕上，方便操作工識別。同時在后臺顯示測量數(shù)據(jù)方便現(xiàn)場工程師調(diào)閱。

3．開關(guān)量輸入部分
使用NI PXI-6528工業(yè)數(shù)字I/O板卡模擬0/12V開關(guān)信號，用輸入值與ECM通訊后的讀取值判定模塊硬件功能是否符號質(zhì)量要求。PXI-6528的各通道間隔離特性，完全可以承受高頻干擾和尖峰高電壓的沖擊，避免了因設(shè)備或人為誤動作造成不必要的損失。

4．頻率輸入部分
使用M系列NI PXI-6251數(shù)據(jù)采集板卡的另一個模擬輸出通道模擬不同轉(zhuǎn)速下的發(fā)動機曲軸（60-2齒）轉(zhuǎn)速信號，測量ECM模塊轉(zhuǎn)速調(diào)理電路是否正常工作。

 5．開關(guān)量輸出部分
為確保該部分驅(qū)動IC具有足夠的驅(qū)動能力，使用NI PXI-6251板卡的8個AI通道測量驅(qū)動IC內(nèi)MOSFET箝位與導(dǎo)通電壓。

6．PWM量輸出部分
此部分的8個輸出量為模塊重要輸出信號，方便驅(qū)動發(fā)動點火，噴油，怠速空氣調(diào)整馬達。 對于怠速馬達IAC，使用負載箱的步進馬達，測量線圈驅(qū)動電流是否達到要求。對于點火和噴油共六個感性負載，噴油器flyback 電壓達70V左右，點火線圈flyback尖峰值電壓高達380V，我們使用調(diào)理電路衰減后用NI PXI-6251的模擬輸入通道進行采集測量。

7．通訊部分
我們設(shè)計RS232與K Line兩種方式與ECM測試模塊進行通訊，在生產(chǎn)測試的時候可以通過一個硬件切換開關(guān)任選一種切換方式。通過正常的問答式通訊判斷此部分電路是否合格。

測試儀器設(shè)計完成后外觀如圖2所示

圖2 使用虛擬儀器技術(shù)的測試系統(tǒng)實物圖

二、軟件設(shè)計：

LabVIEW是NI公司推出的一種基于圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，具有功能強大的函數(shù)?？鞄?，大大減少了測試所需的硬件設(shè)備，軟件開發(fā)的周期，特別適用于測試和控制系統(tǒng)的開發(fā)，結(jié)合相應(yīng)的硬件功能模塊，能夠方便的進行采集和分析相關(guān)測試數(shù)據(jù)，并能實時顯示、記錄、回放、打印最終的測試結(jié)果。本系統(tǒng)使用的是LabVIEW 7.1開發(fā)環(huán)境，軟件主要設(shè)計思想為建立良好直觀地交互式人機界面，使整個測試的操作工作變的簡單、易行，減少錯誤操作率。為了使操作員和現(xiàn)場工程師都可以方便快速判定目前的測試狀況，把整個交互界面分為文字界面與數(shù)字界面。

操作工或工程師輸入相應(yīng)的ID和密碼認證后，將所測試的產(chǎn)品放置在夾具上，界面上相應(yīng)的限位指示燈電點亮。然后配置相應(yīng)的XML格式的Config文件之后，掃描產(chǎn)品條形碼，即開始測試。

開始測試時系統(tǒng)先檢查ECM模塊是否在夾具上放置到位，如未放置好將無法進行下一步測試，系統(tǒng)產(chǎn)生提示。隨后軟件開始工廠測試模式步驟。

ECM模塊各個部分的測試結(jié)果顯示在主操作界面上，以向下滾動方式出現(xiàn)在文字檔內(nèi)，提示目前的測試進度。同時測試燈會以2Hz的頻率開始閃爍提示目前正在進行測試。

單個循環(huán)測試速度可以在20S內(nèi)完成。整個測試設(shè)計為順序步驟測試，但是為使整個模塊功能測試全部完成，前一步測試結(jié)果只存入數(shù)據(jù)庫，軟件繼續(xù)進行下一步測試，測試完成后所有模塊測試數(shù)據(jù)顯示在測試結(jié)果界面，同時將測試數(shù)據(jù)與最終質(zhì)量判定結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。

圖4 軟件主界面

圖5 測試數(shù)據(jù)顯示界面

存檔數(shù)據(jù)庫設(shè)計項目包括：測試時間，測試人，S/N碼，單項測試數(shù)據(jù)，測試結(jié)果等，每個產(chǎn)品的測試記錄生成一行記錄，同列數(shù)據(jù)記錄可以用來分析此批產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，以及方便質(zhì)量控制工程師做出進一步的零部件質(zhì)量管控。

測試完成后，使所測試的產(chǎn)品退出工廠測試模式，在FQC工位的測試儀器將清除模塊故障碼。軟件斷開點火鑰匙，停止發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，控制繼電器切斷ECM模塊電源供應(yīng)，這樣就完成一個發(fā)動機管理系統(tǒng)模塊在汽車上的停機步驟。

通過系統(tǒng)上千次的驗證測試與測試工程師手動測試結(jié)果相比較之后，證明此測試系統(tǒng)確實可以完全代替測試工程師進行可靠的質(zhì)量判定。
 
三、結(jié)論

本文討論了基于National Instruments公司虛擬儀器技術(shù)的汽車發(fā)動機管理模塊測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)是我們?yōu)閲鴥?nèi)第一款完全自主研發(fā)設(shè)計的發(fā)動機管理系統(tǒng)而設(shè)計開發(fā)的。整個測試系統(tǒng)的質(zhì)量缺陷誤報率以及漏報率是很低的，尤其是本測試系統(tǒng)存在著大量線束并伴有高壓電磁干擾的情況下，能達到極其穩(wěn)定，可靠的測試效果，是令我們非常滿意的。

得益于NI公司先進的基于PXI總線的虛擬儀器系統(tǒng)以及功能強大的硬件及其硬件驅(qū)動庫，配以LabVIEW圖形化編程平臺所提供的簡便的編程環(huán)境，強大的數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理能力，使得整個測試系統(tǒng)從系統(tǒng)硬件設(shè)計調(diào)試，到軟件設(shè)計調(diào)試，驗收的開發(fā)周期大大縮短，僅一個半月的時間，我們就順利的完成了任務(wù)。這大大提高了我們系統(tǒng)測試的效率，為生產(chǎn)線產(chǎn)能的大幅提升做出了重大的貢獻。值得稱道的是，在開發(fā)過程中， NI公司的技術(shù)支持工程師也給予了我們很多的指導(dǎo)，這幫助我們更快更好地完成了測試項目，在此，表示感謝！