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北京中科泛華測(cè)控技術(shù)有限公司 開(kāi)發(fā)工程師 闞宏偉
隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，隨著消費(fèi)者對(duì)于舒適性和易用性要求的不斷提高，隨著越來(lái)越多的電子裝置日趨走向智能化、復(fù)雜化，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)手段面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)——單個(gè)獨(dú)立的測(cè)試儀器已經(jīng)難以滿足不同種類產(chǎn)品多樣性的測(cè)試需求。因此，柔性測(cè)試技術(shù)和基于柔性測(cè)試技術(shù)的解決方案應(yīng)運(yùn)而生。
一.柔性測(cè)試技術(shù)
柔性測(cè)試技術(shù)是以相關(guān)技術(shù)為依托，滿足測(cè)試測(cè)量需求的技術(shù)；它以虛擬儀器技術(shù)、測(cè)試測(cè)量技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、軟件技術(shù)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，是現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的代表之一。柔性測(cè)試技術(shù)具有如下特性：
- 適應(yīng)性：滿足多種測(cè)試環(huán)境要求，提供多種測(cè)試性能，融合多種信號(hào)測(cè)試能力；
- 靈活性：根據(jù)客戶需求變換測(cè)試系統(tǒng)的功能及性能，應(yīng)用多種技術(shù)滿足測(cè)試要求；
- 拓展性：跟隨相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，保證應(yīng)用系統(tǒng)的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)測(cè)試能力的不斷進(jìn)步。
泛華測(cè)控在總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各種行業(yè)需求，針對(duì)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)測(cè)試，開(kāi)發(fā)了一系列解決方案。其中，基于柔性測(cè)試技術(shù)構(gòu)建的汽車傳感器測(cè)試系統(tǒng)，集中體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的優(yōu)點(diǎn)。
二.汽車傳感器測(cè)試需求分析
目前，汽車上所使用的控制系統(tǒng)從功能上可分為傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元部分。其中傳感器單元是汽車智能化高技術(shù)的標(biāo)志，具有獨(dú)特而重要的地位。其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著能否對(duì)汽車其他部位的有效監(jiān)測(cè)和控制，從而影響汽車的整體性能。因此，在傳感器出廠或安裝到整車前，汽車生產(chǎn)廠商或整車生產(chǎn)廠商需要一種手段來(lái)對(duì)傳感器進(jìn)行評(píng)價(jià)和驗(yàn)證。泛華測(cè)控的汽車傳感器測(cè)試系統(tǒng)就是這種產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的設(shè)備。
傳感器的檢測(cè)設(shè)備需滿足如下幾點(diǎn)要求：
第一，需要系統(tǒng)提供傳感器正常工作的仿真環(huán)境，如馬達(dá)帶動(dòng)目標(biāo)輪旋轉(zhuǎn)模擬傳感器的激勵(lì)源、傳感器供電電源等；
第二，能夠?qū)Ρ粶y(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量；
第三，雖然常用的汽車輪速/位置傳感器在原理上基本可以分為主動(dòng)式(霍爾式)、被動(dòng)式(磁電式)兩類，但是由于廠商的差異、車型的差異，甚至是應(yīng)用環(huán)境的差異，其結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別。而給每種結(jié)構(gòu)的傳感器都配備一套測(cè)試設(shè)備，從成本等方面考慮是不可行的，這就要求測(cè)試設(shè)備能夠達(dá)到一定程度的通用性；
第四，生產(chǎn)上效率是一個(gè)關(guān)鍵因素，所以要求檢測(cè)設(shè)備應(yīng)該是一個(gè)比較自動(dòng)化的測(cè)試系統(tǒng)，工件壓緊、測(cè)件定位、信號(hào)連接、工件卸載等都由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)；
第五，為保證生產(chǎn)質(zhì)量，設(shè)備需要具備一定的生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)計(jì)能力，并能夠有助于減少由于人為原因造成的生產(chǎn)質(zhì)量的降低。
傳感器測(cè)試系統(tǒng)主要用于在生產(chǎn)線上對(duì)汽車傳感器進(jìn)行終檢測(cè)試，能夠滿足主動(dòng)式和被動(dòng)式汽車輪速傳感器的各種參數(shù)的測(cè)試。
系統(tǒng)能夠?qū)χ鲃?dòng)式和被動(dòng)式傳感器進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試參數(shù)包括：
(1)主動(dòng)式：
傳感器輸出高電流(Ion)、傳感器輸出低電流(Ioff)、電流比(Iratio)、波形上升時(shí)間(Tr)、波形下降時(shí)間(Tf)、波形占空比(Duty)、頻率(Frequency)、電容(Cp)。
(2)被動(dòng)式：
信號(hào)電壓(Vpp)、線圈電阻(R-coil)、線圈電感(I-coil)等。
三.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
傳感器的動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)測(cè)量是測(cè)試系統(tǒng)的核心內(nèi)容，系統(tǒng)需要有較高的測(cè)試精度和重復(fù)精度，對(duì)某些測(cè)試參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況自定義測(cè)試算法。虛擬儀器技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的測(cè)試測(cè)量技術(shù)，既滿足上述系統(tǒng)的軟、硬件要求，又具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，故選用虛擬儀器作為開(kāi)發(fā)的技術(shù)手段。此外，系統(tǒng)需要提供IO接口對(duì)外部氣缸動(dòng)作進(jìn)行控制，需要運(yùn)動(dòng)控制卡對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，是一套“機(jī)”、“電”、“軟”結(jié)合的柔性測(cè)試系統(tǒng)。
系統(tǒng)原理如圖1示，傳感器測(cè)試系統(tǒng)的核心是PXI系統(tǒng)，主要由控制器、萬(wàn)用表模塊、示波器模塊、數(shù)字I/O模塊、矩陣開(kāi)關(guān)模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊等組成。PXI系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)PXI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
控制器通過(guò)顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
萬(wàn)用表模塊和示波器模塊通過(guò)矩陣開(kāi)關(guān)的切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)傳感器的電阻、電流、電感、電容測(cè)試。
數(shù)字I/O模塊的功能是對(duì)報(bào)警系統(tǒng)和指示燈的控制，以及監(jiān)視測(cè)試啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、光電傳感器、等的狀態(tài)。
運(yùn)動(dòng)控制模塊主要是控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，使其帶動(dòng)目標(biāo)輪按設(shè)定的參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)，激勵(lì)被測(cè)傳感器產(chǎn)生信號(hào)。
矩陣開(kāi)關(guān)模塊配合萬(wàn)用表模塊及示波器模塊使用，完成傳感器信號(hào)、供電電源和間隙信號(hào)到不同設(shè)備的切換。
此外，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)電源進(jìn)行控制，提供被測(cè)傳感器的供電要求。
圖1試系統(tǒng)原理圖軟件設(shè)計(jì)
就目前的市場(chǎng)來(lái)看，汽車傳感器沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基本上都是按照使用者的要求定制的，譬如目標(biāo)輪及其轉(zhuǎn)速、空氣氣隙和傳感器的安裝尺寸各不相同，即使是傳感器裝配到同一種車型上，也會(huì)隨著安裝位置的不同而存在差異。那么，同一臺(tái)設(shè)備不可能滿足全部傳感器的測(cè)試要求，由此引入模塊化的設(shè)計(jì)思想，即系統(tǒng)中相同的部分，如測(cè)試儀器、測(cè)試軟件、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、主電路系統(tǒng)，作為公用資源（這里我們稱之為“主機(jī)”）；對(duì)于系統(tǒng)中要求隨著傳感器變化的部分，如目標(biāo)輪及馬達(dá)、夾具及專用電路，作為模塊的形式。主機(jī)和模塊之間采用快插的方式完成電氣的連接，并且接口標(biāo)準(zhǔn)化，滿足后續(xù)的擴(kuò)展需求。當(dāng)測(cè)試不同傳感器時(shí)選用不同的測(cè)試模塊連接到主機(jī)上即可（如圖1）。
各種傳感器的測(cè)試內(nèi)容大致相同，但仍然存在一定的差異性，這就要求測(cè)試軟件要在一定范圍內(nèi)能對(duì)測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行增刪和編輯。因此設(shè)計(jì)中自定義了腳本文件（包含各種端口分配信息、測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試步驟等），軟件按照這個(gè)腳本文件執(zhí)行操作。針對(duì)不同傳感器的測(cè)試，提供對(duì)應(yīng)的腳本文件，便可解決軟件的復(fù)用問(wèn)題。
此外，系統(tǒng)在不同的模塊上安置了特殊設(shè)計(jì)的專用電路，當(dāng)模塊插入主機(jī)后，軟件將會(huì)根據(jù)專用電路自動(dòng)識(shí)別模塊，并調(diào)出對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)，讓模塊更換更加方便快捷。
四.系統(tǒng)特點(diǎn)
(1)測(cè)試接口采用模塊化設(shè)計(jì)，同一工作臺(tái)通過(guò)更換測(cè)試模塊的方式可提供對(duì)多種傳感器的測(cè)試（圖2為向某客戶提供的汽車傳感器生產(chǎn)線檢測(cè)用的汽車傳感器測(cè)試模塊），系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)；
圖2測(cè)試模塊
(2)機(jī)電結(jié)合的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，單件測(cè)試時(shí)間小于12秒的測(cè)試速度，適應(yīng)生產(chǎn)線在線檢測(cè)要求；
(3)基于柔性測(cè)試技術(shù)，測(cè)試精度穩(wěn)定，滿足GRR測(cè)試需求；
(4)智能的自動(dòng)化測(cè)試程序，提高測(cè)試效率和可靠性。
五.總結(jié)
綜上所述，汽車傳感器測(cè)試系統(tǒng)中集中體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)模塊化、接口模塊化及軟件組件化的設(shè)計(jì)思想，有機(jī)融合了機(jī)電一體化技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、軟件技術(shù)等多種技術(shù)，充分體現(xiàn)了柔性測(cè)試技術(shù)靈活性、適應(yīng)性和拓展性的特點(diǎn)，提高了檢測(cè)效率，降低了檢測(cè)成本，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
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