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闞宏偉 泛華測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)部 開發(fā)工程師
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)汽車其它部位的有效監(jiān)測(cè)和控制，從而影響汽車的整體性能。因此汽車生產(chǎn)廠商或整車生產(chǎn)廠商在傳感器出廠或安裝到整車前，需要一種手段來對(duì)傳感器進(jìn)行評(píng)價(jià)和驗(yàn)證。
汽車傳感器測(cè)試具有自身的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)如下：
汽車上常用的傳感器類型包括輪速傳感器、曲軸位置/凸輪軸位置傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、爆震傳感器等。而且針對(duì)層出不窮的車型，每個(gè)功能相同的傳感器在外形上又有著不同的差異。再加上測(cè)量指標(biāo)，生產(chǎn)環(huán)境等要求越來越苛刻，都使得傳統(tǒng)單一的測(cè)試工作臺(tái)，無法兼顧如此多樣的傳感器生產(chǎn)。
在實(shí)際生產(chǎn)中，不同傳感器測(cè)試內(nèi)容又有著一定的近似性。因?yàn)閺臏y(cè)試原理上來講，汽車傳感器主要分為主動(dòng)式/被動(dòng)式、溫度、壓力等類型。這也是說對(duì)于不同的傳感器，只要測(cè)試原理是一樣的，那就意味著它們的測(cè)試儀器等設(shè)備也是一樣的。
對(duì)于汽車傳感器生產(chǎn)線，要求的都是經(jīng)濟(jì)、高效、自動(dòng)、靈活的測(cè)試設(shè)備，而且需要高自動(dòng)化，高效率，高產(chǎn)能，高可靠性。傳感器生產(chǎn)廠家希望一次性投入以后，測(cè)試設(shè)備還能不斷的進(jìn)行更新擴(kuò)充，有效的支持最新產(chǎn)品和更高的性能指標(biāo)要求，從而保證設(shè)備資本投入有效性。
保證生產(chǎn)質(zhì)量，設(shè)備需要具備一定的生產(chǎn)過程統(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。
汽車傳感器發(fā)展趨勢(shì)也向集成化、智能化方向發(fā)展，如果只進(jìn)行終檢測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問題為時(shí)已晚，所以往往測(cè)試會(huì)和生產(chǎn)過程交互進(jìn)行。這樣一方面，測(cè)試設(shè)備與生產(chǎn)線上其他設(shè)備良好銜接，另一方面要實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的信息和數(shù)據(jù)共享。
綜上所述，汽車傳感器生產(chǎn)測(cè)試需要的不再是幾臺(tái)簡單的測(cè)試儀器，而是一套機(jī)電軟結(jié)合的、自動(dòng)化的、便于擴(kuò)展、對(duì)外開放的測(cè)試設(shè)備。而這些正是”柔性測(cè)試”技術(shù)所倡導(dǎo)的，采用柔性技術(shù)設(shè)計(jì)的汽車傳感器測(cè)試系統(tǒng)能夠符合傳感器終檢測(cè)試的要求，通過實(shí)踐證明也正是如此。
“柔性測(cè)試”技術(shù)
實(shí)際上，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，不單單是汽車傳感器，其他各種電子裝置也日益智能化、復(fù)雜化，以滿足消費(fèi)者舒適性、易用性的要求。在此情況下，泛華測(cè)控在總結(jié)過去經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)測(cè)試，提出一攬子解決方案，稱為“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)。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)以及通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，是現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的一個(gè)代表。它具有如下特性：
- 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
柔性測(cè)試在滿足產(chǎn)品自動(dòng)測(cè)試基本需求之上的適度調(diào)整與拓展的能力，與其他測(cè)試技術(shù)比較如表1所示：
表1 柔性測(cè)試與其他測(cè)試比較
| 類型 |
人工測(cè)試 |
自動(dòng)測(cè)試 |
柔性測(cè)試 |
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效率 |
低 |
高 |
高 |
|
靈活 |
高 |
低 |
高 |
|
質(zhì)量控制 |
難度高 |
嚴(yán)格 |
嚴(yán)格 |
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基礎(chǔ)技術(shù) |
測(cè)試測(cè)量 |
測(cè)試測(cè)量， 軟件 |
虛擬儀器，測(cè)試測(cè)量，機(jī)電一體化
軟件，通信及網(wǎng)絡(luò) |
| 類型 |
人工測(cè)試 |
自動(dòng)測(cè)試 |
柔性測(cè)試 |
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效率 |
低 |
高 |
高 |
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靈活 |
高 |
低 |
高 |
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質(zhì)量控制 |
難度高 |
嚴(yán)格 |
嚴(yán)格 |
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基礎(chǔ)技術(shù) |
測(cè)試測(cè)量 |
測(cè)試測(cè)量， 軟件 |
虛擬儀器，測(cè)試測(cè)量，機(jī)電一體化
軟件，通信及網(wǎng)絡(luò) |
汽車傳感器測(cè)試系統(tǒng)正是基于“柔性測(cè)試”技術(shù)構(gòu)建的，在多年的實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)過程中，“柔性測(cè)試”技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到了集中的體現(xiàn)。
柔性技術(shù)助力傳感器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
借助 “柔性測(cè)試”技術(shù)，泛華測(cè)控開發(fā)了輪速、位置、爆震、壓力、溫度等傳感器測(cè)試系統(tǒng)。這些測(cè)試系統(tǒng)中集中體現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)、接口標(biāo)準(zhǔn)化與部件模塊化、機(jī)電一體化、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多個(gè)方面技術(shù)。以下是三個(gè)汽車傳感器測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)例介紹：
解決方案1：輪速、位置傳感器測(cè)試系統(tǒng)
汽車輪速、位置傳感器的動(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。虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)，能夠滿足上述系統(tǒng)的軟、硬件要求，所以選用虛擬儀器作為開發(fā)的技術(shù)手段。此外，系統(tǒng)需要提供I/O接口對(duì)外部動(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、萬用表模塊、示波器模塊、數(shù)字I/O模塊、矩陣開關(guān)模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊等組成。PXI系統(tǒng)內(nèi)部通過PXI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
控制器通過顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
萬用表模塊和示波器模塊通過矩陣開關(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)氣缸、報(bào)警系統(tǒng)及指示燈的控制，監(jiān)視測(cè)試啟動(dòng)開關(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)。
矩陣開關(guān)模塊是配合萬用表模塊及示波器模塊使用，來完成傳感器信號(hào)、供電電源、間隙信號(hào)到不同設(shè)備的切換。
此外通過計(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測(cè)試系統(tǒng)原理圖
汽車輪速、位置傳感器目前沒有一個(gè)統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基本上是按照使用者的要求定制的，譬如目標(biāo)輪及其轉(zhuǎn)速、空氣氣隙及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有一些差異。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2）。
圖2 輪速、位置傳感器測(cè)試系統(tǒng)中的模塊化設(shè)計(jì)
輪速、位置測(cè)試內(nèi)容大致相同，但也會(huì)存在一定的差異性，所以測(cè)試軟件要在一定范圍內(nèi)可以對(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），軟件按此腳本文件執(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)用問題。
此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了特殊的專用電路置于不同的模塊上，當(dāng)模塊插入主機(jī)后，軟件將會(huì)自動(dòng)根據(jù)模塊上的專用電路對(duì)應(yīng)插入的模塊，并自動(dòng)調(diào)出對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)，讓更換模塊更方便快捷。
解決方案2：爆震傳感器測(cè)試系統(tǒng)
爆震傳感器測(cè)試系統(tǒng)外觀如圖3所示，主要有操作臺(tái)和控制柜組成。
測(cè)試系統(tǒng)原理如圖4所示。振動(dòng)測(cè)試采用相對(duì)法，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車爆震傳感器3kHz～40kHz頻帶范圍內(nèi)任意頻率點(diǎn)的靈敏度測(cè)試，并可以對(duì)電容、絕緣電阻等檢測(cè)。測(cè)試系統(tǒng)采用PXI構(gòu)架，通過PXI模塊化儀器或GPIB儀器實(shí)現(xiàn)控制及信號(hào)采集。
圖3爆震傳感器測(cè)試系統(tǒng)
圖 4爆震系統(tǒng)原理圖
爆震傳感器同輪速、位置傳感器一樣，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求，但是測(cè)試原理相同，只是傳感器的外觀形狀和測(cè)試參數(shù)會(huì)隨著傳感器不同而變化。爆震傳感器測(cè)試安裝一般通過M8螺栓安裝到振臺(tái)上，所以可以不考慮傳感器頭部的差異性，針對(duì)接口的不同采用不同的適配器接口，實(shí)現(xiàn)快速換型，接口適配器如圖5所示。
接口適配器上裝有辨識(shí)電路，當(dāng)通過測(cè)試程序配置測(cè)試參數(shù)時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)調(diào)用和接口適配器對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)，防止誤操作。
圖5 可更換接口適配器
解決方案3：T-MAP傳感器測(cè)試系統(tǒng)
T-MAP傳感器即進(jìn)氣歧管壓力-溫度傳感器，可以輔助調(diào)整噴油量進(jìn)而控制空燃比，是汽車上比較重要的傳感器。終檢設(shè)備需要對(duì)該傳感器進(jìn)行電容檢測(cè)、NTC（熱敏電阻）檢測(cè)，Ramp測(cè)試、Leakage測(cè)試等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。
圖6 T-MAP測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
T-MAP測(cè)試時(shí)需要在氣壓變化過程中進(jìn)行，測(cè)試時(shí)間較長，很難滿足大批量生產(chǎn)要求。所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3工位并行測(cè)試方式，分時(shí)占用測(cè)試硬件和氣壓系統(tǒng)資源，提高工作效率、降低硬件成本。
測(cè)試過程中的動(dòng)作都是由氣缸驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)完成，操作人員只需要將被測(cè)件放入夾具中即可，測(cè)試完成工件由傳送帶傳遞到下一個(gè)工位。
考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性，把會(huì)隨著被測(cè)對(duì)象變化的部分采用了模塊化和接口標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思想，在產(chǎn)品無法兼容的情況下，增加相應(yīng)的測(cè)試模塊即可。
圖7 T-MAP測(cè)試模塊
此外，該系統(tǒng)作為終檢設(shè)備，需要和其他生產(chǎn)設(shè)備分享數(shù)據(jù)。一方面在測(cè)試前需要從前面測(cè)試設(shè)備中得到該系統(tǒng)測(cè)試所需要的必要參數(shù)，另一方面需要把測(cè)試數(shù)據(jù)放置到服務(wù)器上，供其他系統(tǒng)使用。結(jié)構(gòu)和電氣上加入了自動(dòng)傳送帶和I/O信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與前面工位及后續(xù)的打碼設(shè)備間工件的自動(dòng)傳遞。所以，此設(shè)備已經(jīng)和生產(chǎn)線上的其他設(shè)備有機(jī)的融合在一起，形成了一套生產(chǎn)、測(cè)試線。
“柔性測(cè)試”技術(shù)是多種技術(shù)的集大成者，是更偏向于生產(chǎn)應(yīng)用的測(cè)試技術(shù)�；凇叭嵝詼y(cè)試”技術(shù)的汽車傳感器測(cè)試系統(tǒng)集中體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)模塊化、電氣接口標(biāo)準(zhǔn)化及軟件組件化的設(shè)計(jì)思想，并把機(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)有機(jī)融合，讓靈活性、擴(kuò)展性、適應(yīng)性三大優(yōu)點(diǎn)得到體現(xiàn)。
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