基于LabVlEW和PXl的汽車數字儀表測控系統設計

　　引言
　　
　　在汽車智能數字儀表的開發過程中，數字儀表所需要采集的信息量比較多，各種車型的信息參數又差別較大，這些問題的存在給儀表的實車測試和參數標定帶來了困難。為了在開發過程中能夠快速有效地測試系統的各項功能，提高系統開發效率，我們設計了一套測試系統，它能夠模擬產生汽車上的各種參數信息，快速地對設計儀表進行全面的測試，節約臺架或實車測試時間，降低測試風險。
　　
　　系統設計
　　
　　汽車智能數字儀表測試系統的開發要求針對不同的車型，能夠模擬產生出儀表所需的各種采集信號信息，并且能夠通過CAN接口與被測儀表進行通信。本文介紹的測試系統包括以下主要功能：車速里程表的脈沖信號模擬產生；
　　
　　發動機轉速表的脈沖信號模擬產生；
　　
　　車輛燃油表信號模擬產生；
　　
　　車輛水溫表信號模擬產生；
　　
　　各種車燈、車窗、車門等車身開關信號模擬產生。
　　
　　數字儀表具有CAN通信接口，作為一個CAN節點，可以與車上CAN網絡上的其他節點進行通信。
　　
　　系統硬件設計
　　
　　數字儀表測試系統的硬件系統主要包括主控制器、PXI板卡、信號接線盒、數據通信轉換板卡、供電電源以及被測試儀表等主要部分。NI提供的PXI模塊化板卡設備具有體積小、速度快、易擴展等特點，因此在硬件設計方面我們采用了PxI板卡發生汽車儀表所需的各種信號。汽車數字儀表的里程表和發動機轉速表需要采集的是數字脈沖信號，不同的車型由于采用的傳感器不同，所輸出的脈沖信號高電平從3V～12V不等，為了能夠測試設計儀表的信號范圍適用性，采用PXI一6624板卡，配合外部供電電路，能夠產生儀表所需采集的數字脈沖信號。PXI一6624是工業級隔離的32位定時器／計數器：PXI接口板卡，具有8路隔離的通道，我們采用Couter0和Counterl作為車速表和轉速表的脈沖信號提供通道。燃油表和水溫表采集的是模擬信號，PXI一6233能夠輸出4路10V模擬電平信號，PXI一6713能夠輸出8路10V模擬電平信號，我們選擇PXI一6713的2個模擬輸出通道作為信號提供通道。由于儀表上的開關量信號比較多，他們之間產生的干擾隨著也比較大，我們選用PXI一8528R對儀表的開關量進行控制，PXI一6528是高速隔離的數字I／O通道，輸入和輸出通道分別獨立，有效的抑制了信號之間的干擾。
　　
　　儀表參數的標定以及作為CAN節點與車上其他CAN節點的數據通信，采用一塊數據通信轉換卡來完成，該卡的主要功能是完成串口信號一CAN信號之間的轉換功能，開發數據通信轉換卡的目的一是為了節約成本，二是考慮到大多數PC沒有CAN接口。通過這個板卡對被控儀表的特征參數，如車輛的特征系數、傳感器的傳感系數、發動機的速比以及儀表的一些標定參數等進行設定。由于目標車型不確定，儀表的一些特征參數需要實車測試才能zui后標定，所以該板卡可作為以后儀表參數標定用。整個測試系統硬件功能框圖如圖1所示。
　　
　　系統軟件設計
　　
　　儀表測試系統軟件采用NI公司的LabVIEW8．20平臺進行設計，本系統采用LabVIEW的圖形化程序語言，以一種很直觀的方法建立前面板人機界面和程序框圖。前面板是用戶可見的，類似傳統儀器的操作面板，利用工具模板從控制模板中添加輸入控制器和輸出指示器，控制器和指示器種類可選擇。程序框圖是支持虛擬儀器實現其功能的核心，對程序框圖的設計涉及節點、數據端口和連線的設計。連線代表數據走向，節點則是函數、Ⅵ子程序、結構或代碼接口。本測試系統考慮到儀表整體功能測試和模塊功能測試的需要，整個系統主要包括界面模塊和各個功能測試模塊，根據信號類型將儀表功能測試分為：車速表測試模塊、發動機轉速表測試模塊、燃油表測試模塊、水溫表測試模塊、開關量測試模塊、CAN通信測試模塊以及參數設置模塊等主要功能模塊。汽車儀表測試系統的軟件總體功能框圖如圖2所示。
　　
　　界面模塊
　　
　　測試平臺左側是各種模塊功能測試的切換按鍵，可以切換到單個功能模塊的測試項目。右側主界面模擬汽車儀表板的顯示界面，如車速表、轉速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報警和開關信號等信息顯示。在進行測試實驗中，工作人員通過主界面即可觀測到儀表測試的整體功能，主界面如圖3所示。
　　
　　模塊測試設計
　　
　　車速表的測試需要預先了解設定目標車型的特征參數，如車輛特征系數、車速傳感器的傳感系數等，然后通過數據通信卡（cAN總線信號）將特征參數下載到被測儀表，按照測試要求產生脈沖信號，信號的幅值、頻率可以通過手動／自動進行調整，車速信號具備超速報警提示功能，根據設定的超速門限值，高于該門限值時，通過主界面前面板上的超速報警燈閃爍提示。測試過程也可以手動／自動進行，測試結果存檔以備查詢。軟件測試狀態轉移圖見圖4。
　　
　　車速表測試模塊的設計采用狀態機設計模式，主要分為開始、獲取參數、手動／自動選擇、采集（手動）、檢查時間（自動）、輸出信號和停止等狀態。其中參數的獲取主要是獲取前面板上特征系數和傳感系數的參數值，通常，這兩個值在儀表參數標定的時候需要在線修改。檢查時間是指按照程序規定的時間輸出規定的信號，本系統中采取'V'模式階梯狀的車速變化趨勢對儀表進行測試，見圖5。
　　
　　發動機轉速表測試模塊類似于車速表測試模塊，區別在于它的特征參數不同，根據特定車型的情況，通過數據通信卡（CAN總線信號）將發動機轉速比下載到被測儀表，然后對其進行測試。
　　
　　燃油表的測試需要預先設定目標車型的燃油測試范圍以及燃油門限報警值，通過數據通信卡（CAN總線信號）將參數值下載到被測儀表，然后按照測試要求開始測試跟據設定的燃油門限值，低于該門限值時，通過主界面前面板上的燃油報警燈閃爍提示。測試過程可以手動／自動進行。燃油表的測試采用狀態機的設計模式，主要分為開始、獲取參數、手動／自動、采集、檢查報警、輸出信號等狀態。水溫表的測試同燃油表，在此不做具體說明。
　　
　　CAN通信測試模塊
　　
　　所有的模塊測試之前首先需要對該模塊的參數進行初始化，如進行特征系數、傳感系數、發動機速比、超速門限、燃油門限、水溫門限以及測量范圍等參數的設置。數據通信采用CAN協議，鑒于成本方面考慮，我們在LabVIEW上對串口進行操作，然后通過數據轉換板卡輸出cAN信號，cAN信號直接與被測儀表進行數據通信，因此，需要定義一個簡單的CAN通信協議。測試系統作為CAN網絡上的一個節點，節點ID號可以根據需求自行設定，數據區域由命令字、數據長度、數據、校驗位組成。圖6和表1是儀表參數設定CAN通信簡單協議。
　　
　　結語
　　
　　采用NI系列PxI板卡以及靈活方便的LabVIEW軟件平臺，使得我們在短期內構建一套汽車數字儀表產品開發、測試、評估多功能于一體的測試平臺，通過對實際儀表的測試，結果表明該套測試系統能夠快速準確地完成對被測儀表的各項功能測試，并且該系統具備可擴展性，可以很方便地移植到其他產品的測試方案中，為我們后續汽車電子產品的研發積累了測試經驗。