汽车车身控制器自动测试系统的设计与实现

华中科技大学硕士学位论文汽车车身控制器自动测试系统的设计与实现姓名：王鹏申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：孙容磊20070524华中科技大学硕士学位论文摘要随着汽车工业的发展，电子控制装置越来越多地在现代汽车中使用。车身控制器是重要的汽车电子控制装置之一，包括中央门锁控制、电动车窗控制、防盗报警控制、灯光控制、安全气囊控制、雨刮器控制等。现阶段，国内许多生产厂家已经能够自主设计汽车车身控制器，并已投入批量生产。但其产品的测试还停留在人工测试的水品上，影响了整体生产效率。因此，开发一套汽车车身控制器的自动测试系统成为必然。本文以汽车车身控制器自动测试系统的开发为基础，建立了一种基于功能验证的测试模型。该模型将多输入多输出（MIMO,MultipleInputMultipleOutput）结构的被测系统根据不同功能简化为若干多输入单输出（MISO,MultipleInputSingleOutput）结构的功能块，并根据该模型提出一种用于生成测试序列的昀短路径算法。整个测试系统基于虚拟仪器技术构建。在硬件上，采用以工控机为控制核心，以数据采集卡为I/O设备构建硬件平台，组态灵活，通用性好；在软件上，使用LabWindows/CVI作为测试软件开发环境，图形界面友好，编程快速、方便。本文解决了汽车BCM测试系统在硬件设计上的关键技术，主要解决了在非车载环境下对电机负载的模拟问题和大电流的检测问题。模拟负载采用了并联达林顿管与功率电阻连接的模拟电子负载结构形式，对大电流的检测使用了霍尔电流传感器。另外，考虑到测试系统的通用性，设计了汽车BCM与数据采集卡连接的接口电路以及汽车BCM与计算机间进行数据交换的通讯电路。在测试软件开发中，本文解决了在LabWindows/CVI环境下非NI公司数据采集卡的控制问题以及实时多任务处理问题。对数据采集卡的控制主要采用动态链接库技术，通过调用数据采集卡在VC环境下的库函数来实现；实时多任务处理主要采用多线程技术实现了数据的实时采集与显示，以及自动测试的过程控制。本文昀后介绍了所开发的这套测试系统。从实际使用情况看，该测试系统达到了预期的设计要求。关键词：自动测试故障检测车身控制模块虚拟仪器-I-华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofmodernIT,electroniccontroldeviceareincreasinglyusedinmodernautomobiles.Bodycontrolmoduleisoneofthemostimportantelectroniccontroldevicesofautomobile,includingcentrallockcontrol,electricglasscontrol,guardagainsttheftandalarmcontrol,lightcontrol,airbagcontrolandrainbrushcontroletc.Nowadays,BodyControlModule(BCM)canbedesignedindependentlyindomesticmanufacturersandalsobemanufacturedinbatches.Nevertheless,thesituationthatthetestofproductsisinthelevelofmanualtestseriouslyrestrictsthetotalproductionefficiency.Itisnecessarytodevelopanautomatictestsystemofbodycontrolmoduleforautomobiles.ForthepurposeoffunctionalvalidationthispaperestablishesatestmodelfortheBCMofautomobiles.Inthemodel,amultipleinputandmultipleoutput(MIMO)structuredsystemisdecomposedintoseveralmultipleinputandsingleoutput(MISO)structuredmodules.Ashortestpath-searchingalgorithmusedtogeneratetestsequenceisalsoproposedaccordingtothetestmodel.ThewholetestsystemisconstructedusingVirtualInstrumenttechniques.Ontheaspectofhardware,usingindustrialPCasitscontroldeviceandPC-DAQcardasitsI/Odevicemakesiteasytoreconfiguratethetestplatform.Ontheaspectofsoftware,LabWindows/CVIisusedasadevelopmenttoolforthetestapplicationsoftware,whichprovidesfriendlyGUIandconvenientprogrammingenvironment.SomekeyproblemsindevelopingthehardwaresystemoftheBCMtestequipmentaresolvedinthispaper,includingtheanalogofmotorloadunderoff-vehiclecircumstanceandstrongcurrentdetection.ParallelconnectedDarlingtontransistorandpowerresistorareusedasbasicstructureforanalogload.TheHallcurrentsensorisusedtodetectstrongcurrent.Inaddition,consideringthesystemreconfiguration,theinterfacecircuitfromBCMtoPC-DAQcard,aswellasthecommunicationcircuitfordataexchangefromBCMtoIPCisdesigned.Duringthedevelopmentoftestsoftware,thethesissolvesthecontrolproblemofDAQcardnotproducedbyNICompany,aswellastheproblemofhandingrealtimemultitasks.DynamicLinkLibrarytechniqueisusedtocallthefunctionsprovidedfortheVCenvironment.Multithreadtechniqueisusedtorealizerealtimedatasamplinganddisplaying,aswellastheautomatictestprocesscontrol.Finally,thedevelopedBCMautomatictestsystemisintroduced.TherealworldapplicationsoftheBCMtestresultsdemonstratethatthedevelopedsystemmeetsdesignspecificationsandsatisfiescustomsdemands.Keywords:AutomaticTest,FaultDetect,BodyControlModule,VirtualInstrument-II-独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。本论文属于（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题来源本课题来自华中科技大学机械学院与武汉隆泽电子有限公司联合开发的“汽车车身控制器测试系统”项目。本课题得到以下项目的联合资助：z国家自然科学基金“十五”重大项目“芯片封装界面制造过程多参数影响规律与控制”，批准号：50390064；z国家自然科学基金项目“基于逻辑网的分布学习调度方法与系统研究”，批准号：50575079。1.2课题背景随着汽车工业的发展，汽车电子产业也迅速发展起来。2005年，我国汽车电子产业保持了较高的增长速度，并从此开始进入加速增长时期；2006~2007年，我国汽车电子产业的发展进入高峰期；预计到2008年，由于产能转移速度的放缓，产业规模增长率开始逐步下降，但仍保持30%的增长速度；2009年，我国汽车电子产业规模将达到1434.1亿元；到2010年，我国汽车电子及电子技术相关产品，平均在整车成本中所占的比例将上升到30%，汽车电子的发展速度将从目前10%增长率上升到20%[1]。汽车电子产品按其使用功能可以分为汽车电子控制装置和车载汽车电子装置两大类[2]。其中汽车电子控制装置与车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电子装置，包括发动机控制系统、底盘控制系统、车身电子控制系统等；车载汽车电子装置则是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，包括汽车信息系统、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统等。在汽车工业发达国家汽车电子产品已经普遍应用于现代汽车上，大大提高了汽车各方面的性能。对于汽车电子控制装置来说，其核心是电子控制单元（ECU,ElectronicControlUnit），它主要由单片微处理器、程序存储器、数据存储器、A/D转换器、I/O接口电路组成。现代汽车越来越多的控制功能对ECU的设计制造提出了很高要求。文献[3]概述了汽车ECU的制造流程（见图1.1）。ECU在制造完毕后需要进行功能测试，这是确保-1-华中科技大学硕士学位论文产品合格的昀后一步，也是保证产品质量昀为重要的一步。所谓功能测试是指将待测器件（DUT,DeviceUnderTest）的所有输入输出端口连接到测试仪器，测试仪器通过模拟昀终的电气环境来验证其时序关系和逻辑设计是否符合要求。图1.1汽车ECU的制造流程随着计算机技术、微电子技术、软件技术的发展，自动测试技术也有了巨大的发展。虚拟仪器（VI,VirtualInstrument）这一概念是由美国NI（NationalInstruments）公司于20世纪80年代首先提出的。虚拟仪器的核心思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便昀大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性[4]。虚拟仪器技术以其强大功能，在汽车电子产品的测试领域已经有了广泛的应用。例如，在国外，Volvo汽车公司撞击测试使用NI公司的DIAdem软件进行数据分析；大众汽车（Volkswagen）的风洞试验采用NI公司的LabVIEW软件控制并优化空气动力状况；泛亚汽车技术中心使用NI数据采集和CAN解决方案进行汽车动力系统仿真。在国内，吉林大学将虚拟仪器技术成功应用于汽车ABS检测试验台的测控系统中[5]。基于虚拟仪器技术的汽车电子自动测试平台能够有效的满足日趋复杂的测试要求，