汽车EPS控制器测试系统研究和设计-硕士论文

硕士学位论文 汽车 EPS 控制器测试系统研究和设计 Research and Design of Automobile EPS Controller Test System 作 者 李 彬 导 师 徐惠钢 中国矿业大学 2015 年 5 月 万方数据 中图分类号 TP273 学校代码 10290 UDC 681 5 密 级 公开 中国矿业大学 硕士学位论文 汽车 EPS 控制器测试系统研究和设计 Research and Design of Automobile EPS Controller Test System 作 者 李 彬 导 师 徐惠钢 申请学位 工学硕士 培养单位 信电学院 学科专业 控制科学与工程 研究方向 测试系统开发 答辩委员会主席 巩敦卫 评 阅 人 二 一五年五月 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解中国矿业大学有关保留 使用学位论文的规定 同意本人所撰 写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理 作为申请学位的条件之一 学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位 论文的部分使用权 即 学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电 子版 可以使用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文 为教学和 科研目的 学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆 图书 馆等场所或在校园网上供校内师生阅读 浏览 另外 根据有关法规 同意中国 国家图书馆保存研究生学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 作者签名 导师签名 年 月 日 年 月 日 万方数据 论文审阅认定书论文审阅认定书 研究生 李 彬 在规定的学习年限内 按照研究生培养方案的 要求 完成了研究生课程的学习 成绩合格 在我的指导下完成本学 位论文 经审阅 论文中的观点 数据 表述和结构为我所认同 论 文撰写格式符合学校的相关规定 同意将本论文作为学位申请论文送 专家评审 导师签字 年 月 日 万方数据 致谢致谢 本论文是在徐惠钢老师的悉心指导下完成的 读研期间 徐老师在学习和科 研上对我严格要求 在生活上对我关怀备至 使我能够顺利地完成研究生期间的 学习 徐老师渊博的知识 端正的工作作风 严谨的治学态度给我留下了深刻的 印象 在论文选题时 徐老师给出很大的选择空间 在题目选定过程中提出了宝 贵意见 最后对论文研究内容进行了深入分析 在 汽车 EPS 控制器功能测试 系统研究和设计 项目的开发过程中 许多技术难题都是在徐老师的指导下完成 的 在论文的撰写过程中 徐老师对论文的结构和研究内容提出了很多好的建议 在此 我要对我的恩师表示深深地感谢 同时还要衷心感谢谢启老师和实验室的各位同学 谢启老师在我研究生阶段 的项目实践和理论学习上予我指点和帮助 实验室的同学在平时生活中给予我很 多照顾 让我度过了充实 愉快的研究生生活 在这里向他们表示感谢 最后 我要谢谢我的家人 研究生期间 父母和姐姐在生活上关心我 在学 习上不断给我打气 正是他们在我背后默默地奉献 使我能够顺利完成学业 再 次向所有关心和帮助我的老师 同学 亲人说声谢谢 万方数据 I 摘摘 要要 汽车电动助力转向系统 Electronic Power Steering System 简称 EPS 因其优 异的性能逐步在量产汽车上取代其它类型的助力转向系统 对国产 EPS 的研制 生产提出了日益迫切的需求 近年来 国内建立了多个汽车零部件生产基地 开 始生产 EPS 其中 作为 EPS 核心单元的控制器 是整个系统的大脑 很大程 度上决定着 EPS 的质量 对于汽车零部件厂商而言 为保证提供给不同汽车厂 商的众多型号的 EPS 控制器的质量 必须在出厂前对其严格测试 由于 EPS 控 制器测试项数量多 采用传统方法研制的测试仪器无法满足测试多型号或测试项 多变的 EPS 控制器出厂测试的需求 因此 开发一套通用性强 测试高效的 EPS 控制器出厂测试设备 成为 EPS 控制器生产厂商的迫切需要 本课题着重解决了 EPS 控制器测试中测试系统的通用性和高效性问题 测 试系统的通用性设计 主要从硬件和软件两个方面实现 在硬件方面 采用插槽 式机箱实现硬件板卡集成 方便板卡的更换 升级和维护 设计了模块化 插槽 接口方式的模拟负载 与传统模拟负载形式相比 提高了模拟负载结构的灵活性 和可拓展性 采用高密度 高可靠性矩阵板卡实现板卡接线端 被测端和负载端 口的灵活连接 设计了标准化夹具接口 采用可重组探针结构实现不同型号 EPS 控制器管脚的连接 在软件方面 采用 NI TestStand 软件管理生成不同型号 EPS 控制器的测试文件 实现测试程序的通用性设计 为实现系统测试的高效性 硬件方面选择 PXI 总线和双核 PXI 8108 计算机 作为硬件平台 提高了数据处理速度 在软件方面 采用 LabVIEW 编写多线程 主程序 实现了多任务实时处理 采用 NI TestStand 直接调用 EPS 控制器参数测 试程序 相比单纯采用 LabVIEW 开发的测试程序 提高了程序执行的效率 课题中 还针对 EPS 控制器电源线电流测试过程中产品不能出现断电的要 求 设计了继电器组合逻辑接口切换电路 解决了电源不断电的问题 同时实现 了单万用表自动测试电压和电流信号 相比已知方法 切换过程更灵活 可控性 更强 设计了隔离保护电路 提升了测试系统的安全性 根据实际需要 在软件 程序中设计了故障诊断模块 可实现对测试系统的自诊断 进一步提高了测试系 统的可靠性 此外 论文研究了对测试系统的整体可用性进行评估的方法 并利用测试系 统的开发平台 LabVIEW 设计了数据统计与分析程序 能够根据测试的数据对测 试系统自身可靠性进行评估 最后 通过对产品的主要参数项 电压 电流和 PWM 波形等 漏检率 误 万方数据 II 检率以及测试周期进行测试 并利用所设计的可用性分析程序进行验证 结果表 明所设计的测试系统达到了设计要求 能够满足目前多种型号 EPS 控制器测试 的需求 该论文有图 50 幅 表 15 个 参考文献 91 篇 关键词关键词 EPS 控制器 LabVIEW NI TestStand 隔离保护 接口切换电路 万方数据 III Abstract Automobile Electronic Power Steering System EPS is gradually replacing other types of power steering system on production automobiles due to its excellent performance Thus the demands of research and production of domestic EPS are very imminent In recent years a number of auto parts production base have been built and begin to product EPS Controller which is the core unit of EPS is the brain of whole system and determines the quality of EPS in a large part Strict tests must be taken in the factory test to ensure the quality of EPS controller which has various types for different manufacturers Test instruments developed by traditional method could not meet the factory test requirements for EPS controller which has various models and a large number of test items Therefore it has became an urgent need for the EPS controller manufacturers to design a general and efficient test equipment This thesis focuses on solving the problem of versatility and efficiency in the test system of EPS controller testing The general design of the testing system is achieved from both hardware and software aspects In terms of hardware Slot chassis was choosed to establish hardware board intergration which was convienient for the board to replace upgrade and maintain Simulation load was designed by the way of modular and slot interface which has improve the structure flexibility and expansibility compared with traditional analog load form A a high density and reliability matrix board was used to connect board terminal load and test end Standardized fixture interface was designed to realize the pin connection of different types of EPS controller by using reconfigurable probe structure In terms of software different types of EPS controller test file were generated by using NI TestStand to achieve universal design of test program To achieve a higher efficiency for the test system PXI bus and dual core PXI 8108 computer were selected as the hardware platform to improve the data processing speed In terms of software design multithreaded main program was written to achieve real time multitasking processing by using LabVIEW NI TestStand was used to call test procedures directly to improve the efficiency of program execution In this thesis combinational logic interface circuit designed by relay solves the problem of power line current test under uninterruptible power supply conditions 万方数据 IV which achieves single digital multimeter voltage and current test circuit switching Isolation protection circuit was designed to enhance the security of the test system According to actual needs fault diagnosis module was designed to improve the reliability of the test system In addition this thesis studied the methods of evaluating overall usability of the test system and designed the data statistics and analysis program to evaluate the reliability of the test system by using LabVIEW development platform Finally the practicability of system has been proved by testing some key parameters voltage current and PWM waveform paremeters missing rate false detection rate and testing cycle The result shows that the designed test system can achieve the design requirements which could meet the requirements of various types EPS controller test There are 50 figures 14 tables and 91 references in this theis Key words EPS controller LabVIEW NI TestStand isolation protection switch interface circuit 万方数据 V 目目 录录 摘摘 要要 I 目目 录录 V 图清单图清单 IX 表清单表清单 XII 变量注释表变量注释表 XIII 1 绪论绪论 1 1 1 研究背景和意义 1 1 2 国内外研究现状 4 1 3 论文主要研究内容与章节安排 6 2 测试系统总体方案测试系统总体方案 8 2 1 汽车 EPS 控制器测试需求分析 8 2 2 测试系统开发路线 11 2 3 测试系统总体方案设计 12 2 4 本章小结 17 3 测试系统硬件测试系统硬件平台平台设计设计 18 3 1 硬件平台总体设计 18 3 2 主要硬件连接电路设计 19 3 3 模拟负载设计 23 3 4 本章小结 26 4 测试系统测试系统软件设计软件设计 27 4 1 软件平台设计 27 4 2 软件设计中的关键技术 30 4 3 LabVIEW 程序设计 31 4 4 测试序列文件生成 42 4 5 本章小结 45 5 系统测试的结果与分析系统测试的结果与分析 46 5 1 系统测试 46 5 2 测试系统评估 50 万方数据 VI 5 3 本章小结 63 6 总结和展望总结和展望 64 6 1 全文总结 64 6 2 研究展望 65 参考文献参考文献 66 附录附录 71 作者简历作者简历 72 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 73 学位论文数据集学位论文数据集 74 万方数据 VII Contents Abstract III Contents VII List of Figures IX List of Tables XII List of Variables XIII 1 Introduction 1 1 1 Background and Significance of Reasarch 1 1 2 The Research Status at Home and Abroad 4 1 3 Main Contents and Arrangement of Research 6 2 The Overall Scheme of Test System 8 2 1 Test Requirement Analysis for Automobile EPS Controller 8 2 2 Development Route of The Test System 11 2 3 Test System Overall Scheme Design 12 2 4 Brief Summary 17 3 Hardware Platform Design of Test System 18 3 1 Overall Design of Hardware Platform 18 3 2 Main Connection Circuit Design of Hardware 19 3 3 Simulated Load Design 23 3 4 Brief Summary 26 4 Software Platform Design of Test System 27 4 1 Software Platform Design 27 4 2 Key Technology in Software Design 30 4 3 Program Design Based on LabVIEW 31 4 4 Generation of Test Sequence File 42 4 5 Brief Summary 45 5 Testing Result and Analysis of System 46 5 1 System Testing 46 5 2 Evaluation for Test System 50 万方数据 VIII 5 3 Brief Summary 63 6 Conclusions and Prospect 64 6 1 Conclusions 64 6 2 Prospect 65 References 66 Appendix 71 Author s Resume 72 Declaration of Thesis Originality 73 Thesis Data Collectoin 74 万方数据 IX 图清单图清单 图序号 图名称 页码 图 1 1 EPS 系统结构示意图 2 Figure 1 1 The structure diagram of EPS system 2 图 1 2 EPS 控制器结构原理图 2 Figure 1 2 The schematic diagram of EPS controller 2 图 1 3 V 开发模式中的测试环节 3 Figure 1 3 Test elements in V cycle development 3 图 1 4 双机组建的 CANoe 实时数据采集系统示意图 5 Figure 1 4 The CANoe two unit built real time data acquisition system schematic diagram 5 图 2 1 某型被测 EPS 控制器实物图 8 Figure 2 1 Picture of a certain type EPS controller to be tested 8 图 2 2 EPS 控制器内部电路结构图 9 Figure 2 2 The inside circuit structure of EPS controller 9 图 2 3 测试系统整体框图 13 Figure 2 3 The overall block diagram of test system 13 图 2 4 微机板卡和卡槽机箱实物图 14 Figure 2 4 Pictures of microcomputer interface card and card slot chassis 14 图 2 5 采集板卡实物图 15 Figure 2 5 Pictures of data acquisition card 15 图 2 6 PXI 8486 2 通讯板卡 15 Figure 2 6 Communication interface card of PXI 8486 2 15 图 2 7 电源板卡 16 Figure 2 7 Pictures of power supply board 16 图 2 8 PXI pickring 矩阵板卡 17 Figure 2 8 PXI pickring Matrix interface card 17 图 2 9 PXI 6509 数字 I O 板卡 17 Figure 2 9 PXI 6509 digital I O interface card 17 图 3 1 测试系统硬件平台结构图 18 Figure 3 1 Diagram of test system hardware platform structure 18 图 3 2 不间断供电接口切换电路 20 Figure 3 2 Switch interface circuit of uninterrupted supply power 20 图 3 3 NCHR201 典型连接电路 22 Figure 3 3 A typical circuit connect of NCHR201 22 图 3 4 隔离保护电路 23 Figure 3 4 Isolation protection circuit 23 图 3 5 Load box 电路结构框图 24 万方数据 X Figure 3 5 The block diagram of Load box circuit structures 24 图 3 6 Load box 继电器控制电路设计 25 Figure 3 6 Relay control circuit design of Load box 25 图 3 6 模拟负载 Load box 实物 26 Figure 3 6 Material object of simulated Load Load box 26 图 4 1 软件平台总体结构图 28 Figure 4 1 The overall structure of software platform 28 图 4 2 测试系统软件流程图 29 Figure 4 2 Software flow chart of test system 29 图 4 3 生产者 消费者多线程结构 30 Figure 4 3 The Multi thread structure of producer consumer 30 图 4 4 LabVIEW 调用动态链接库函数的结构图 31 Figure 4 4 The structure of main program calls the dynamic link library function 31 图 4 5 登录管理界面 32 Figure 4 5 Log management interface 32 图 4 6 自动测试程序界面 33 Figure 4 6 Automatic test program interface 33 图 4 7 手动测试界面 34 Figure 4 7 Software flow chart of test system 34 图 4 8 TestStand 手动测试 34 Figure 4 8 The interface of TestStand manual operate 34 图 4 9 电压 电流测试程序流程图 35 Figure 4 9 Program flow chart for testing voltage current 35 图 4 10 CAN 通信测试程序流程图 35 Figure 4 10 Program flow chart for testing CAN communication 35 图 4 11 测试 CAN 通信程序框图 36 Figure 4 11 Program block diagram for testing CAN communication 36 图 4 12 CAN 通信数据帧格式 37 Figure 4 12 Data frame format of CAN communication 37 图 4 13 CAN 数据收发程序设计 37 Figure 4 13 Design of CAN data transceiver program 37 图 4 14 测试 PWM 波形程序流程图 38 Figure 4 14 Program flow chart for testing PWM waveform 38 图 4 15 调用 PXI 5114 板卡分析函数程序设计 38 Figure 4 15 Program design for calling PXI 5114 analyzing function 38 图 4 16 测试设备与控制台通信连接图 39 Figure 4 16 Communication connection diagram between test equipment and console 39 图 4 17 TCP IP 通信程序设计 40 万方数据 XI Figure 4 17 Program design for TCP IP communication 40 图 4 18 故障诊断整体结构框图 40 Figure 4 18 The overall structure diagram of fault diagnosis 40 图 4 19 故障诊断程序界面 41 Figure 4 19 Interface of fault diagnosis program 41 图 4 20 主线程错误处理程序流程图 42 Figure 4 20 The error handling program flow chart in main thread 42 图 4 21 TestStand 软件调用程序框图 43 Figure 4 21 Block diagram of TestStand software calling program 43 图 4 22 创建序列的测试步骤 44 Figure 4 22 Create test steps for sequence 44 图 5 1 系统现场测试 46 Figure 5 1 Field test of system 46 图 5 2 隔离保护电压测试图 47 Figure 5 2 Voltage waveform figure of isolation protection circuit 47 图 5 3 试验曲线 49 Figure 5 3 The test curve 49 图 5 4 5V 管脚电压均值 极差控制图 53 Figure 5 4 The X bar and R control chart of 5V Pin voltage 53 图 5 5 暗电流均值 极差控制图 54 Figure 5 5 The X bar and R control chart of dark current 54 图 5 6 5V 管脚电压测量数据直方图 56 Figure 5 6 Measurement data histogram of 5V Pin voltage 56 图 5 7 暗电流测量数据直方图 57 Figure 5 7 Measurement data histogram of dark current 57 图 5 8 5V 管脚电压线性分析图 59 Figure 5 8 The linear graph of 5V Pin voltage 59 万方数据 XII 表清单表清单 表序号 表名称 页码 表 2 1 EPS 控制器参数指标 基本型 9 Table 2 1 EPS controller performance the basic model 9 表 2 2 EPS 控制器主要测试项列表 10 Table 2 2 List of EPS controller s mainly test items 10 表 2 3 常用总线性能对比 13 Table 2 3 Comparison of conventional bus performance 13 表 3 1 NCHR201 芯片引脚定义 21 Table 3 1 Pin definition of NCHR201 21 表 3 2 EPS 控制器负载模拟元件 部分 25 Table 3 2 Load simulation components for EPS controller part 25 表 4 1 测试序列包含的测试步骤类型 43 Table 4 1 Test steps type in test sequence 43 表 5 1 控制器部分测试项及测试结果 48 Table 5 1 Part of test items and test results of the controller 48 表 5 2 漏检 误检以及周期测试数据 50 Table 5 2 The Measurement data of missing error detection and cycle 50 表 5 3 稳定性分析数据 52 Table 5 3 Measurement data for stability analysis 52 表 5 4 5V 管脚电压偏倚分析测试数据 55 Table 5 4 Measurement data for 5V Pin voltage bias annlysis 56 表 5 5 暗电流偏倚分析测试数据 56 Table 5 5 Measurement data for dark current bias analysis 56 表 5 6 5V 管脚电压线性分析测试数据 58 Table 5 6 Measurement data for 5V Pin voltage linear analysis 58 表 5 7 暗电流线性分析测量数据 60 Table 5 7 Measurement data for dark current linear annlysis 60 表 5 8 5V 管脚电压 GRR 分析测量数据 62 Table 5 8 Measurement data for 5V Pin voltage GRR analysis 62 表 5 9 暗电流 GRR 分析测量数据 62 Table 5 9 Measurement data for dark current GRR analysis 62 万方数据 XIII 变量注释表变量注释表 PD1 光敏二极管 PD2 光敏二极管 IPD1 IPD1中的电流 IPD2 输出电流 IF 输入电流 K1 K2 PD1 和 PD2 的随输入电流 IF的变化率 K1 K11 K13 单刀开关 K12 单刀双掷开关 万方数据 z k q 20160118 万方数据 1 绪论 1 1 绪论 1 绪论 1 Introduction 1 1 研究背景和意义 Background and Significance of Reasarch 汽车行业 2013 2018 的分析和预测报告显示 2012 年我国汽车产销量达 1900 多万辆 到 2013 年下半年 汽车的总销量将达到 2000 万辆 预计 2020 年 中国汽车销量将是美国的 2 倍 约占全球总量的 50 1 多地将汽车生产或汽 车零部件生产作为未来地区经济发展的引擎 以苏州地区为例 丰田汽车和大陆 汽车在常熟分别建立了新能源研发工厂和液压制动系统生产基地 2011 年观致 汽车正式入驻常熟 2013 年生产基地建成投产 规划年产 15 万辆汽车 2 2014 年奇瑞 捷豹路虎工厂在常熟正式投产 首期投资 109 亿 3 随着科技的进步 现代汽车正在向着节能 舒适 安全的方向发展 一些新 技术 新装置在汽车上迅速推广 汽车电动助力转向装置 是一种直接依靠电机 提供辅助扭矩 帮助驾驶员进行转向操作的动力转向系统 自上世纪 90 年代发 明后 以其节能 环保 易于操控 适于标准化生产等优点 在汽车上被广泛使 用 现已几乎成为量产车的标配 数据显示 2014 年我国电动助力装置的需求 量将达到 1400 多万套 4 目前 国内已经有多家汽车电子助力装置生产企业 比如 捷泰格特 厦门 美国 TRW 上海 等 控制器作为汽车电子助力系统 Electronic Power Steering System 简称 EPS 的核心部件 对汽车行驶的安全性起到重要作用 因此 在 出厂之前 需要对其性能进行严格地测试 由于汽车品牌繁多 与汽车厂商配套 的 EPS 控制器也多种多样 采用传统的测试方法和测试设备无法完成多型号产 品测试 1 1 1 汽车电动助力转向系统 电动助力转向系统主要由控制单元 ECU 方向盘 电动机 减速机构 转 向齿轮以及转矩传感器等组成 其结构如图 1 1 所示 5 其工作原理是 当汽车 处于转向状态时 转矩传感器会感应到方向盘的转动力矩 然后将转矩传感器检 测到的信号连同车速信号通过总线传输给控制单元 控制单元接收到信号后会根 据内置的控制算法 计算出最理想的助力力矩 转化为电流信号传递给电动机 为驾驶员提供一个协助转向力 z k q 20160118 万方数据 硕士学位论文 2 控制单元 齿轮 车轮 转矩传感器 离合器驱动信号 齿条 减速机构 方向盘 离合器电动机 驱 动 电 流 转矩 反 馈 电 流 车 速 1 1 2 汽车 EPS 控制器 控制器 ECU 是 EPS 的核心核心部件 主要由输入信号处理模块 驱动及保 护电路 电源和微机等部件构成 控制器的模块化结构图如图 1 2 所示 6 输 入 信 号 处 理 模 块 微处理器 驱 动 及 保 护 电 路 转矩传感器 故障指示灯 驱动直流电动机信号 驱动离合器信号 ECU 车速传感器 反馈电流传感器 发动机转速 供电输入故障诊断接口 供电输入为 EPS 控制器提供工作电源 EPS 控制器的传感器输入包括转矩 车速 电机反馈电流以及发动机转速信号 通过输入信号调理模块 将输入信号 传送到微处理器 微处理器的控制信号经过驱动电路提供驱动信号 EPS 控制器 的输出驱动信号包括直流电机和离合器驱动信号 此外 EPS 控制器还提供了保 护电路的故障指示灯输出以及内部监视电路的故障诊断输出接口 同厂商 不同型号的 EPS 控制器原理类似 但在输入输出信号的接口方式 信号标准 结构等有很大不同 比如 最新型号的控制器越来越多的采用总线型 的连接方式 图 1 2 EPS 控制器结构原理图 Figure 1 2 The schematic diagram of EPS controller 图 1 1 EPS 系统结构示意图 Figure 1 1 The structure diagram of EPS system z k q 20160118 万方数据 1 绪论 3 1 1 3 本课题研究的意义 测试作为重要技术手段 贯穿产品开发 生产的全过程 EPS 的控制器在产 品开发中 也需要经过多种测试 作为一种先进的产品开发流程 V 模式在各个 大型的汽车电子生产企业得到了广泛应用 7 如图 1 3 所示 在汽车电子产品的 V 模式开发过程中 每个环节都需要对产 品进行测试 在产品方案设计阶段 为验证测试方案的可行性 需要进行仿真测 试 确定产品方案可行之后 主要采用软件在环测试和白盒测试对软 硬件实现 的模块进行检验 在产品生产阶段 需要进行黑盒测试 兼容测试等 8 仿真模型 测试 方案 系统结构仿真模块 系统设计要求 软件模块 硬件模块实现 ECU设计 ECU集成 ECU成品 剩余 总线仿真 白盒测试 SIL测试 系统集成 产品 黑盒测试 集成测试 风险测试 EOL测试 系统测试 HIL测试 兼容性测试 终端测试 本课题所述汽车 EPS 控制器的出厂测试 属于 ECU 集成中的黑盒测试 黑 盒测试也可以称为功能测试 即对生产的单个产品的性能指标 功能 是否满足设 计要求进行评判 9 通过出厂测试 可以对产品的生产质量进行有效管控 将 不合格产品与合格产品进行分类 以计算机为平台开发的测试设备还可以对测试 结果中的不合格项进行显示和记录 方便后续产品故障诊断和维修 因此 设计 出一套符合测试要求的自动测试设备 具有很高的实用价值 现代测试系统在设计过程中 用户一方面追求测试系统运行的高效性 通用 性 另一方面 用户需要依据工业设备评估标准 对测试系统的可靠性 可用性 进行评价 10 而目前的测试设备普遍缺少设备本身可用性评估功能 因此 本课 题 汽车 EPS 控制器测试系统研究与设计 研究的意义在于 1 解决实际问题 设计出一套符合多型号 EPS 控制器出厂测试要求的测试 设备 满足工业现场的实际测试需求 2 积累通用型测试系统开发经验 在多型号 EPS 控制器测试系统开发过程 中 采用的提高测试设备开发效率 测试效率的方法以及提高测试设备适用性的 相关技术 将对类似设计具有借鉴作用 3 建立系统自评估体系 依托测试设备的软件平台开发的数据分析程序 图 1 3 V 开发模式中的测试环节 Figure 1 3 Test elements in V cycle development z k q 20160118 万方数据 硕士学位论文 4 通过对测试数据的分析来判断测试系统本身性能的方法 在目前测试应用中普遍 较少关注测试系统本身性能的现状下 具有较高的研究意义 1 2 国内外研究现状 The Research Status at Home and Abroad 在汽车行驶过程中 改变其行驶方向称为转向 汽车助力转向系统是一种提 供汽车辅助转向动力的装置 自 1902 年机械助力转向系统应用于汽车以来 助 力转向系统的发展先后经历了液压助力 电控液压助力 以及目前应用最广泛的 电子助力转向 11 与传统转向系统相比 电子助力转向系统更加节能 环保和安 全 具有广阔的应用前景 为此 国内外科研单位纷纷对 EPS 控制器及其检测 技术进行了广泛研究 1 2 1 国外 EPS 控制器测试技术 自 1993 年 EPS 首次应用于汽车以来 国外汽车企业和研究机构投入了大量 资金对 EPS 及其控制器进行研究 12 14 主要研究内容包括两个方面 一方面对 EPS 系统进行设计 通过在系统中添加干扰抑制器 15 鲁棒控制器 16 以及容错 电机等 17 18 改善了 EPS 系统的整体助力转向特性 另一方面 在 EPS 控制器 控制策略算法设计上 提出多目标控制算法和 Takagi Sugeno 模糊控制算法 19 提高 EPS 控制器的控制算法有效性和实时性 20 21 根据控制器的性能检测的需求 国外开发了比较成熟的 EPS 控制器检测技 术 22 23 一方面针对 EPS 控制器开发了故障诊断技术 24 25 另一方面开发了针 对控制器的成熟测试软件 如 TestML MTest CTE 等测试用例的开发工具 26 29 通过采用新的测试方法 实现了车辆制动助力系统和自动泊车系统的进化功能测 试 30 31 由美国 SARA 公司自主研发的 CASSPER 系统 能够对 EPS 控制器的 电磁兼容性进行测试 所构建的虚拟暗室测试系统 EMI 可以在有背景噪声的情 况下 快速 准确地测量电磁辐射 32 随着汽车电子系统的增加 各种 ECU 的数量越来越多 相互之间的总线通 讯也越来越复杂 为提高汽车 ECU 开发过程中测试 分析的能力 德国 Vector Informatik 汽车电子公司开发了 CANoe 测试工具 33 CANoe 可以与残余总线仿 真和分析功能并行使用 为程序执行提供运行环境 通过使用实时配置系统可以 建立实时性更高的测试站 如图 1 4 所示 实时配置系统由两台计算机组成 专用计算机 界面操作与 显示计算机 运行实时系统的专用计算机 完成实际测试任务以及残余总线仿 真任务 另一台计算机 主要用作图形用户界面和进行评估 也可用作进行硬件 在环 HIL 部件的测试执行环境 z k q 20160118 万方数据 1 绪论 5 CANoe GUI Analysis CANoe Real Time Tester TCP IP 用户接口 设备接口 GPIB 总线 I O接口 测试 设备 被测系统 1 2 2 国内 EPS 控制器测试技术 目前 国内汽车助力转向系统主要依靠国外进口 或者由外商在国内的生产 厂商提供 根本原因在于我国EPS控制器技术落后 没有成熟的测试认证技术 34 为打破国外对 EPS 控制器技术的垄断 国内的一些科研单位和企业开始对控制 器进行研究 35 37 如 南航集团成立了专门的研发机构开发具有自主知识产权的 国产 EPS 控制器 一些企业 如 太平洋世纪汽车系统有限公司通过与国外企 业进行合作 提高 EPS 控制器开发水平 为研发更先进的转向系统控制器 株 洲易力达机电有限公司对 P EPS 进行了研究 并获得成功 此外 国内的一些企业开始将目光投向 EPS 测试领域 积极进行测试设备 的开发 38 39 山东中泰华研科技有限公司开出了 ZT EPSXASIII 型号的测试台 可以对 EPS 系统各项参数进行测试 采用计算机技术和采集板卡技术 实现了 测试系统数据采集 处理 显示 控制等功能 早期一些高校也对 EPS 控制系 统的试验台进行了研究 40 比如 由吉林大学与北京理工大学合作 开发了 EPS 的助力转向性测试台 清华大学对 EPS 系统及其控制策略进行了研究分析 41 组建的硬件测试平台处于国内领先地位 近年来合肥工业大学 重庆交通大学等高校对 EPS 控制器的助力特性进行 测试和分析 42 43 设计了台架式的 EPS 控制器测试系统 此后几年又分别采用 Visual Basic LabVIEW 等编程语言开发测试平台对 EPS 控制器的性能进行测试 在实验室车身性能测试方面取得很大成功 44 45 综上分析 国内对 EPS 的研究已经取得了一定的成果 部分高校和科研单 位对 EPS 的各个部分也都进行了改进 并针对 EPS 系统的参数开发了各种测试 平台 存在的不足之处在于大部分的研究方法和研究成果还停留在实验室测试和 理论研究的层面 却没有在实际生产中得到很好的应用 与国际上的测试技术存 图 1 4