汽車電器系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控電路多參數(shù)測試系統(tǒng)原理

圖3：系統(tǒng)硬件構(gòu)成

3.3 關(guān)鍵問題

1) 頻率信號的測量待測信號同時(shí)存在100Hz 以上和3Hz 以下的頻率信號，由于系統(tǒng)是公共DMM 等時(shí)掃描測量的方式，兩種信號需采用不同的采樣方式進(jìn)行測量。對于高頻信號將系統(tǒng)掃描通道設(shè)置為頻率測量直接輸出。對于低于3Hz 低頻信號，由于其頻率過低頻率通道無法直接測量，因此需采用擬合的方式。此種方式對系統(tǒng)掃描頻率有較高要求根據(jù)

Nyquist 定理：

單通道采樣率應(yīng)由待測信號頻率上限決定;

故有：

若對80 個(gè)模擬通道進(jìn)行掃描采樣，開關(guān)的總切換頻率應(yīng)大于480CH/s。系統(tǒng)將單次掃描的時(shí)鐘設(shè)計(jì)值為160ms，實(shí)際掃描頻率為500CH/s，實(shí)現(xiàn)了低頻信號的測量。

2)瞬斷監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)瞬斷作為一種電路瞬態(tài)現(xiàn)象，DMM 分時(shí)采樣方法采樣率過低，無法對該類信號實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，而多通道并行的模擬量數(shù)據(jù)采*導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)冗余和過高的系統(tǒng)成本。系統(tǒng)使用了抖動(dòng)測量模塊以32 通道并行的數(shù)字量采樣方式實(shí)時(shí)監(jiān)測各通道電壓跳變情況，單通道最高采樣率為0.1μs，根據(jù)汽車電器的試驗(yàn)電壓將監(jiān)控電壓閾值設(shè)定為10.5V/21V 可選。

4 系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)選用LabWindows/CVI 作為軟件開發(fā)平臺。它具有交互式編程方法和豐富的庫函數(shù)，為開發(fā)人員建立數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控系統(tǒng)提供了理想的軟件開發(fā)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)虛擬儀器及網(wǎng)絡(luò)化儀器的快速途徑。

4.2 試驗(yàn)監(jiān)控中的多線程技術(shù)

Windows 是弱實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng).它通過線程的優(yōu)先級來實(shí)現(xiàn)搶先，通過對測試線程進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)先級設(shè)置來滿足大部分測試任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求。試驗(yàn)監(jiān)控要求系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)分析各項(xiàng)功能同步完成。利用LabWindows/CVI 多線程中的線程池技術(shù)可以很好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。以界面控制作為主線程，通過界面操作向其它線程發(fā)出控制指令，使系統(tǒng)能夠?qū)τ脩舨僮骷皶r(shí)響應(yīng);數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、故障診斷作為輔助線程，與主線程同步執(zhí)行。在輔助線程中，實(shí)時(shí)顯示線程和數(shù)據(jù)分析線程通過管道消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制與數(shù)據(jù)采集線程進(jìn)行實(shí)時(shí)的通信，實(shí)現(xiàn)線程間的數(shù)據(jù)共享。

4.3 故障診斷方法

按照邏輯識別原理：故障原因函數(shù)A 、故障特征函數(shù)X 和決策規(guī)則E 三者滿足布爾函數(shù)關(guān)系，故障診斷過程的實(shí)質(zhì)就是從已知的X 、E 中解出A ，用邏輯語言表示為：其實(shí)現(xiàn)方法是將被試系統(tǒng)按UUT 工作特性劃分為6 種典型的監(jiān)控單元類型，并針對類型設(shè)計(jì)相應(yīng)的故障識別子程序，其內(nèi)容包括：

1. 以監(jiān)控單元類型為對象建立典型故障模式數(shù)據(jù)庫，即構(gòu)建故障原因函數(shù)A;

2. 用電路的可測物理量I、U、f 等參數(shù)對故障模式進(jìn)行描述，構(gòu)建故障特征函數(shù)X ;

3. 以邏輯判斷為基礎(chǔ)建立故障決策規(guī)則E ，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的故障識別子程序。

圖4：故障診斷簡化流程圖

運(yùn)行過程中，系統(tǒng)發(fā)出采集指令并取回?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理線程首先將各待測物理量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與閾值庫中UUT 狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)的閾值進(jìn)行對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超閾值數(shù)據(jù)便認(rèn)為有故障發(fā)生，開始起動(dòng)該UUT 所屬類型對應(yīng)的故障識別子程序進(jìn)行故障診斷，診斷子程序執(zhí)行結(jié)束后實(shí)現(xiàn)診斷結(jié)果輸出并作記錄。圖4 說明了系統(tǒng)的故障診斷過程。

4.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)以Microsoft SQL Server 為底層建立數(shù)據(jù)庫，通過SQL Toolkit 建立ODBC 數(shù)據(jù)源，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)信息存取的操作。系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)可由開放的用戶界面生成，使用戶可以針對不同的試驗(yàn)對象對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)配置，從而確保了系統(tǒng)的靈活性和通用性。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)應(yīng)用于某汽車企業(yè)的振動(dòng)可靠性試驗(yàn)之中，解決了汽車電器系統(tǒng)試驗(yàn)過程的智能監(jiān)控問題。使用結(jié)果表明，系統(tǒng)可以正確的測量、顯示、記錄和回放各測試物理量;可以對故障進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的診斷和報(bào)警，有效的改善了傳統(tǒng)試驗(yàn)監(jiān)控方法的諸多弊端，能夠滿足對被試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的工程要求;以LXI 總線儀器為基礎(chǔ)結(jié)合虛擬儀器軟件開發(fā)技術(shù)，是構(gòu)建綜合性測試測量系統(tǒng)的有效手段?，F(xiàn)代測試技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合使汽車電器系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)的自動(dòng)監(jiān)控成為現(xiàn)實(shí)，使得試驗(yàn)過程變的智能化、科學(xué)化;為被試系統(tǒng)的故障機(jī)理分析，可靠性試驗(yàn)結(jié)果*價(jià)，汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和品質(zhì)改進(jìn)提供了科學(xué)依據(jù)。

本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：1.提出了一種基于LXI 總線的電路多參數(shù)測試監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建方案;2. 建立了基于UUT 分類的汽車電器故障實(shí)時(shí)診斷方法。