基于PXI總線與LabVIEW的汽車自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)管理模塊作為汽車傳動(dòng)力控制的核心部件，其生產(chǎn)質(zhì)量檢測(cè)是保證整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程完整的重要步驟。為了模擬發(fā)動(dòng)機(jī)特定的實(shí)際工作狀況，需要在同一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多輸入輸出信號(hào)的集成控制和采集。由于輸入輸出信號(hào)繁多，使用傳統(tǒng)的儀器很難實(shí)現(xiàn)很好的系統(tǒng)集成和通信。隨著測(cè)試過程的日趨復(fù)雜化和生產(chǎn)過程越來越高的自動(dòng)化要求，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)界面友好簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、高度集成化和自動(dòng)化的測(cè)試系統(tǒng)的需求也日漸迫切。

本文介紹了基于PXI總線及其部件的硬件平臺(tái)，配以用LabVIEW開發(fā)的軟件控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的一套高度集成、穩(wěn)定可靠的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)由PXI測(cè)試儀、配線板、信號(hào)調(diào)理及通信板、電源、負(fù)載箱和測(cè)試夾具組成。測(cè)試時(shí)操作人員將模塊放入夾具，掃描條碼后開始自動(dòng)測(cè)試。根據(jù)不同的車型編寫配置文件，完成對(duì)康佳AE06 ECM模塊生產(chǎn)質(zhì)量的全面判定并生成可追溯性數(shù)據(jù)庫(kù)記錄。該測(cè)試系統(tǒng)解決了ECM模塊在生產(chǎn)線上全自動(dòng)快速測(cè)試的難題，突破了手動(dòng)測(cè)試的局限，并避免了人工判定的不可靠性。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

此臺(tái)測(cè)試儀為生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，分別在不同的工位配合不同的夾具使用，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 測(cè)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(diǎn)，同時(shí)，NI公司的PXI平臺(tái)堅(jiān)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(jī)箱組成，起到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(gè)模擬輸出通道模擬8個(gè)車載傳感器(此模塊為KONKA AE06 0III系統(tǒng))狀態(tài)，對(duì) ECM 模塊 A/D 部分的懸空、對(duì)地短路、高電平和中電平進(jìn)行測(cè)試。將模擬輸出值與ECM通過K-Line通信值比較，如誤差在標(biāo)定的許可范圍內(nèi)，則判定此部分電路質(zhì)量合格。測(cè)試結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以文字方式顯示在屏幕上，方便操作人員識(shí)別;同時(shí)，在后臺(tái)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，方便現(xiàn)場(chǎng)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(hào)，用輸入值與ECM通信后的讀取值判定模塊硬件功能是否符合質(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(dòng)作造成的不必要的損失。

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(gè)模擬輸出通道模擬不同轉(zhuǎn)速下的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(60-2齒)轉(zhuǎn)速信號(hào)，測(cè)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(dòng)IC具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，使用NI PXI-6251板卡的8個(gè)AI通道測(cè)量驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)MOSFET鉗位與導(dǎo)通電壓。

6 PWM量輸出部分

這部分的8個(gè)輸出量為模塊重要輸出信號(hào)，方便驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火線圈、噴油器和怠速空氣調(diào)整馬達(dá)。對(duì)于怠速馬達(dá)IAC，使用負(fù)載箱的步進(jìn)馬達(dá)，測(cè)量線圈驅(qū)動(dòng)電流是否達(dá)到要求。對(duì)于點(diǎn)火和噴油共6個(gè)感性負(fù)載，噴油器flyback電壓達(dá)70V左右，點(diǎn)火線圈flyback尖峰值電壓高達(dá)380V，使用調(diào)理電路衰減后用NI PXI-6251的模擬輸入通道進(jìn)行采集測(cè)量。

7 通信部分

采用RS232與K-Line兩種方式與ECM測(cè)試模塊進(jìn)行通信，在生產(chǎn)測(cè)試的時(shí)候可以通過一個(gè)硬件切換開關(guān)任選一種切換方式。通過正常的問答式通信判斷此部分電路是否合格。

軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用的是LabVIEW 7.1開發(fā)環(huán)境，軟件主要設(shè)計(jì)思想為建立良好直觀地交互式人機(jī)界面，使整個(gè)測(cè)試的操作工作變的簡(jiǎn)單、易行，減少錯(cuò)誤操作率。為了使操作人員和現(xiàn)場(chǎng)工程師都可以方便快速判定目前的測(cè)試狀況，把整個(gè)交互界面分為文字界面與數(shù)字界面。測(cè)試系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。

圖2 測(cè)試軟件流程圖

操作人員或工程師輸入相應(yīng)的ID和密碼認(rèn)證后，將所測(cè)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(diǎn)亮。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(cè)試。

開始測(cè)試時(shí)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(jìn)行下一步測(cè)試，系統(tǒng)產(chǎn)生提示。隨后軟件開始工廠測(cè)試模式步驟。

ECM模塊各個(gè)部分的測(cè)試結(jié)果顯示在主操作界面上，如圖3所示，以向下滾動(dòng)方式出現(xiàn)在文字檔內(nèi)，提示目前的測(cè)試進(jìn)度。同時(shí)測(cè)試燈會(huì)以2Hz的頻率開始閃爍提示目前正在進(jìn)行測(cè)試。

圖3 軟件主界面

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

存檔數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目包括測(cè)試時(shí)間、測(cè)試人、S/N碼、單項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果等，每個(gè)產(chǎn)品的測(cè)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，以方便質(zhì)量控制工程師做出進(jìn)一步的零部件質(zhì)量管控。

測(cè)試完成后，使所測(cè)試的產(chǎn)品退出工廠測(cè)試模式，在FQC工位的測(cè)試儀器將清除模塊故障碼。軟件斷開點(diǎn)火鑰匙，停止發(fā)動(dòng)機(jī)，控制繼電器切斷ECM模塊電源供應(yīng)，這樣就完成了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)模塊在汽車上的停機(jī)步驟。

結(jié)論

本系統(tǒng)是為國(guó)內(nèi)第一款完全自主研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)而設(shè)計(jì)開發(fā)的。盡管應(yīng)用于存在著大量線束并伴有高壓電磁干擾的環(huán)境中，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的質(zhì)量缺陷誤報(bào)率和漏報(bào)率都很低。

基于PXI總線的虛擬儀器系統(tǒng)以及功能強(qiáng)大的硬件及其硬件驅(qū)動(dòng)庫(kù)，配以LabVIEW所提供的簡(jiǎn)便的編程環(huán)境、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理能力，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)從系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)調(diào)試，到軟件設(shè)計(jì)調(diào)試、驗(yàn)收的開發(fā)周期大大縮短，提高了系統(tǒng)測(cè)試的效率和生產(chǎn)線產(chǎn)能。