基于Labview & PXI的發(fā)動(dòng)機(jī)管理模塊測(cè)試

介紹：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(guò)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。為此，我們使用NI公司的基于PXI總線及其部件的硬件平臺(tái)，配以虛擬儀器技術(shù)LabVIEW開(kāi)發(fā)的軟件控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套高度集成，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)理及通訊板，電源，負(fù)載箱，測(cè)試夾具組成。測(cè)試時(shí)操作員將模塊放入夾具后，掃描條碼后開(kāi)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)量的全面判定以及生成可追溯性數(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)試的局限以及人工判定的不可靠性。

正文：

一、系統(tǒng)硬件

此臺(tái)測(cè)試儀為生產(chǎn)線設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)和模塊化的高性能硬件為我們系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支持。同時(shí)，NI公司豐富的產(chǎn)品線，也讓我們?cè)谶x型，確定方案時(shí)變得游刃有余。測(cè)試系統(tǒng)的架構(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，承擔(dān)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(gè)模擬輸出通道模擬個(gè)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，中電平進(jìn)行測(cè)試。將模擬輸出值與ECM通過(guò)K-LINE通訊值比較，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，方便操作工識(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(kāi)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(kāi)關(guān)信號(hào)，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(hào)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(kāi)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箝位與導(dǎo)通電壓。

6．PWM量輸出部分
此部分的8個(gè)輸出量為模塊重要輸出信號(hào)，方便驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)點(diǎn)火，噴油，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)火和噴油共六個(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，我們使用調(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．通訊部分
我們?cè)O(shè)計(jì)RS232與K Line兩種方式與ECM測(cè)試模塊進(jìn)行通訊，在生產(chǎn)測(cè)試的時(shí)候可以通過(guò)一個(gè)硬件切換開(kāi)關(guān)任選一種切換方式。通過(guò)正常的問(wèn)答式通訊判斷此部分電路是否合格。

測(cè)試儀器設(shè)計(jì)完成后外觀如圖2所示

圖2 使用虛擬儀器技術(shù)的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

二、軟件設(shè)計(jì)：

LabVIEW是NI公司推出的一種基于圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有功能強(qiáng)大的函數(shù)?？鞄?kù)，大大減少了測(cè)試所需的硬件設(shè)備，軟件開(kāi)發(fā)的周期，特別適用于測(cè)試和控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，結(jié)合相應(yīng)的硬件功能模塊，能夠方便的進(jìn)行采集和分析相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，并能實(shí)時(shí)顯示、記錄、回放、打印最終的測(cè)試結(jié)果。本系統(tǒng)使用的是LabVIEW 7.1開(kāi)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。

操作工或工程師輸入相應(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。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(kāi)始測(cè)試。

開(kāi)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(wú)法進(jìn)行下一步測(cè)試，系統(tǒng)產(chǎn)生提示。隨后軟件開(kāi)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，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(kāi)始閃爍提示目前正在進(jìn)行測(cè)試。

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)。

圖4 軟件主界面

圖5 測(cè)試數(shù)據(jù)顯示界面

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)，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(lái)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(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(kāi)點(diǎn)火鑰匙，停止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制繼電器切斷ECM模塊電源供應(yīng)，這樣就完成一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)模塊在汽車上的停機(jī)步驟。

通過(guò)系統(tǒng)上千次的驗(yàn)證測(cè)試與測(cè)試工程師手動(dòng)測(cè)試結(jié)果相比較之后，證明此測(cè)試系統(tǒng)確實(shí)可以完全代替測(cè)試工程師進(jìn)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(dòng)機(jī)管理模塊測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)是我們?yōu)閲?guó)內(nèi)第一款完全自主研發(fā)設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的質(zhì)量缺陷誤報(bào)率以及漏報(bào)率是很低的，尤其是本測(cè)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(dá)到極其穩(wěn)定，可靠的測(cè)試效果，是令我們非常滿意的。

得益于NI公司先進(jìn)的基于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圖形化編程平臺(tái)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，使得整個(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(kāi)發(fā)周期大大縮短，僅一個(gè)半月的時(shí)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(cè)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(xiàn)。值得稱道的是，在開(kāi)發(fā)過(guò)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(cè)試項(xiàng)目，在此，表示感謝！