隨著人們對車輛性能要求的提高和電子技術的快速發展，車輛電子控制器的開發已經成為汽車制造業的熱點。汽車整車道路試驗是車輛控制器開發的最終階段，是全面測試和鑒定車輛性能的一種重要手段。
　　由于控制器開發中數據采集要求及性能評價測試項目的多樣化，功能單一、靈活性差、使用復雜、更新和維護成本高的傳統儀器已經不能很好地滿足車輛道路試驗需要。而虛擬儀器技術的發展為車輛道路試驗測試系統的設計和開發提供了新的思路。利用該技術，可以更好地發揮計算機強大的信息處理功能和圖形界面功能，大大簡化了測試設備，適合測試現場使用^[1]。
　　本文設計的基于虛擬儀器技術的車載道路試驗測試系統，為實車試驗性能測試和控制器開發提供了靈活、高效的測試平臺。
1 測試系統總體介紹
1.1 車輛控制器開發中的道路試驗測試方法
　　實車道路試驗是車輛控制器開發中的最重要環節，根據信息來源和分析方法的不同，實車道路試驗測試可以分為控制器外部特征量采集分析和單片機內部運行信息采集分析兩類。例如，防抱死制動ABS系統的控制器實車道路試驗數據采集框圖如圖1所示。

　　外部特征量采集是傳統的實車測試的一種手段。將控制器視為一個黑盒子，對能夠表征控制器控制效果的車輛信息進行采集處理，既可以得到控制器的控制效果的客觀評價，又可以根據特征量的分析追溯到控制軟件源程序的相關功能代碼，對控制軟件實現匹配。但是通過外部特征量只能間接推測控制器內部運行情況，有時不能準確找到問題的實質所在。
　　而單片機內部運行信息的采集直接跟蹤控制器控制程序運行信息，對控制程序的流程進行實時監控，是進行控制器程序調試和邏輯驗證的有效手段。
　　控制器外部特征量和單片機內部運行信息對于控制器的開發匹配來說各有優勢，均對控制器的道路試驗測試有著重要意義。
1.2 測試系統總體結構
　　虛擬儀器技術的發展為測試系統的開發提供了良好平臺。虛擬儀器利用計算機顯示器的顯示功能模擬傳統儀器的控制面板，利用計算機強大的軟件功能實現信號數據的運算、分析和處理，利用I/O接口設備完成信號的采集、測量和調理^[2]。
　　本文結合實際的車輛測試和車輛控制器開發經驗，基于虛擬儀器技術設計了道路試驗數據測試系統。該系統由計算機、儀器硬件和應用軟件等組成，總體方案如圖2所示。

　　系統主要功能為：(1)多通道模擬信號和數字信號的采集；(2)控制器內部運行信息的采集；(3)控制器外部特征量和單片機內部運行信息的同步采集；(4)在線數據監控顯示、離線數據處理；(5)多種數據格式的保存和轉換；(6)車輛測試性能的自動計算和評價。
2 測試系統硬件構成
　　系統硬件由帶有串口的計算機和數據采集卡" title="數據采集卡">數據采集卡組成。計算機選用便攜式計算機，便于車載測試使用。數據采集卡選用帶有PCMCIA接口的采集卡，可以直接插在便攜式計算機上。例如，可以選用NI公司的DAQ_700數據采集卡，它具有8路雙端/16路單端模擬輸入通道，采樣速率為100kbps的12位A/D轉換器，16路TTL可編程數字I/O口，三個獨立的16 位可編程定時/計數器。
　　用PCMCIA采集卡和信號調理儀為硬件而組成的PC—DAQ 測試系統可以對控制器的外部特征量進行采集。
　　對于單片機內部運行信息的采集，采用單片機和上位機的串口通訊方式，將ECU單片機中的串口信息引出，經過電平轉換芯片實現硬件通訊。在控制器控制軟件中附加了程序變量監控模塊，通過串口向上位機發送監控的變量值，實現控制器運行信息的監控。
　　本測試系統通過PC-DAQ測試系統和串口系統實現了控制器的道路試驗數據采集功能，具有硬件簡單、成本低、攜帶容易等優點，適于道路試驗測試使用。
3 測試系統軟件設計
　　軟件設計是測試系統設計的核心問題，本系統的軟件開發采用虛擬儀器技術的LabWindows/CVI6.0軟件平臺。LabWindows/CVI以ANSI C為核心, 將功能強大、使用靈活的C 語言平臺與數據采集和分析等測控專業工具有機地結合起來，具有很強的數據處理及分析功能^[1]。
　　測試系統的軟件總體結構見圖3。它主要分為數據采集、數據處理和離線分析三個模塊。

3.1 數據采集模塊
　　數據采集是測試軟件的底層部分，數據采集的軟件基礎是硬件的驅動程序，LabWindows/CVI提供了功能強大的硬件驅動庫函數。基于硬件驅動程序，本模塊分為數據采集卡采集和串口數據采集兩部分。
3.1.1 基于PCMCIA卡的數據采集
　　本部分實現模擬信號、數字信號、脈沖信號的采集。根據采集參數的設置(如通道選擇、采樣頻率、采樣方式選擇、數據增益等)對數采卡進行初始化，根據需要啟動停止采集。
　　控制器外部特征量均通過本方法采集得到。外部特征量一般可分為模擬信號和脈沖信號兩類，例如制動管路壓力傳感器信號為模擬信號，輪速傳感器信號為脈沖信號。模擬信號通過模擬通道進行采集，脈沖信號通過計數器口進行采集。另外，本測試系統開發了脈沖信號測試算法，即將脈沖信號通過模擬口采集，在后臺進行整型、計算后，得到頻率信息，解決了道路試驗的輪速、車速等頻率信號的測試問題。
3.1.2 串口數據采集
　　用串口數據采集監控ECU運行情況。其軟件實現包括兩個方面：一是ECU監控串口數據發送的實現，即控制程序中添加獨立的程序變量監控模塊。變量監控進程與主進程同步，每個控制周期向外發送一組監控變量數據。二是上位機串口數據的接收實現，使用LabWindows/CVI的串口操作庫函數來設置波特率等串口屬性，實現串口數據接收的開始和結束。
3.1.3 數據采集卡與串口的同步數據采集的實現
　　為了實現數據采集卡與串口的同步數據采集，以及數據采集模塊與數據處理模塊的數據傳遞問題，本測試系統軟件采用了多線程技術。多線程技術為用戶編寫并行執行的多任務程序提供了許多方便，極大地提高了CPU 利用率以及程序的運行效率^[3～4]。
　　本測試軟件以用戶界面接口為主線程，負責生成界面、實時顯示數據、生成后臺次線程、控制測試過程等；主線程可以根據設定生成兩個次線程，一個負責數據采集卡，一個負責串口，實現了同步采集和數據傳遞。
3.2 數據處理模塊
　　數據處理模塊包括數據實時顯示和數據存儲兩部分。對于從數據采集模塊得到的實時數據，首先需要進行參數處理。對于數據采集卡數據，應根據采集卡參數和用戶設置的增益對數據進行加工，對于串口數據，需要根據單片機發送的數據構成規則對數據進行整合。轉化后的數據既可以送到“Strip Chart Graph”控件中實現曲線實時顯示，也可以保存至文件。數據文件的格式可以自行設定，包括二進制格式和文本格式等。
3.3 離線分析模塊
　　本模塊的功能是將數據文件進行離線分析和處理。首先將數據文件導入，可以導入二進制和文本兩種格式的文件。其次，對導入數據進行分析。利用LabWindows/CVI開發了以下工具：曲線組設置工具，可以實現曲線按組顯示；曲線編輯工具，實現選擇曲線的偏移量、顯示比例、顏色等屬性的設置；另外，還有曲線瀏覽工具、曲線顯隱工具、數據對比窗等。第三，根據車輛測試的需要，開發性能評價工具。另外，本功能模塊還具有數據濾波設置、曲線打印等功能。
4 測試系統在ABS系統道路試驗中的應用
　　在自主開發防抱死制動ABS控制器過程中，使用本測試系統，道路試驗測試方案如圖1所示。將外部特征量信號與PCMCIA卡相應端口連接，將ECU與測試系統串口連接。在道路試驗測試過程中，實時采集數據，測試ABS控制器的控制效果。
　　某次對接路面(由低附著路面制動到高附著路面)制動后得到一組數據，對數據進行分析，下面進行具體說明。
　　(1)左前輪的輪速數據如圖4所示。輪速信號有兩種表現形式，一是輪速傳感器信號直接由數據采集卡采集，二是輪速信號經過ECU計算，通過串口送到測試系統中。測試系統實現采集卡和串口數據的同步采集，在離線分析串口中進行顯示，發現二者重合較好，可以證明ABS控制器中的輪速算法正確。
　　(2)后輪制動壓力數據如圖5所示。圖5中有兩條曲線，上面一條表示后輪通道制動壓力，通過壓力傳感器由PCMCIA卡采集得到；下面一條表示后輪電磁閥動作，通過串口信息得到。二者同步采集，可以分析ABS控制器的控制邏輯是否正確。圖中數據表明電磁閥動作合理，后輪通道制動壓力與電磁閥動作一一對應。
　　(3)制動性能指標計算如圖6所示。通過選擇制動性能評價工具，可自動計算得到制動距離為23.66米、制動平均減速度為-3.27m/s2，便于進行制動效果記錄和對比。
　　實踐證明，使用本測試系統，大大提高了ABS控制器匹配測試的效率，縮短了ABS系統開發周期。

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