汽车助力转向系统电子控制单元电路板测试系统的设计与实现
汽车助力转向系统电子控制单元电路板测试系统的设计与实现[20200121194247]
摘要
随着汽车电子技术的快速发展，越来越多的电子控制单元应用于汽车，这一方面提高了汽车的操控性、安全性和舒适度，另一方面汽车的工作环境多变而恶劣，对这些电子部件的可靠性提出新的挑战。精确、方便、灵活、快速、低成本的测试平台是生产商保证质量的必然选择。本课题针对汽车助力转向系统电子控制单元电路板设计了一个测试系统，在安装于汽车之前检测电子控制单元的功能和可靠性。
电动助力转向系统(Electronic Power Steering)，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，一般具有助力转向、主动回正、直线行驶功能。汽车助力转向系统的电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)是汽车专用微机控制器，是整个汽车助力转向系统的核心。为了测试汽车助力转向系统ECU电路板的功能。本课题选用高精度的PXI板卡模拟被测产品所需的各种信号并对其输出负载进行仿真，软件设计部分使用先进的虚拟仪器LabVIEW作为软件开发平台，并以TestStand作为测试管理软件，充分利用了LabVIEW和TestStand各自的优点。该测试系统有效地与ECU交互，在生产现场85±3℃加热的条件下，模拟测试所需的各种模拟量、数字量、开关量和CAN信息，通过信号测量与分析对ECU进行热功能测试，从而构建了一个高效率、低成本的测试系统。
本文在分析测试要求的基础上，构建了硬件系统，并提出了基于LabVIEW和TestStand的软件系统设计，采用LabVIEW进行ECU功能测试各模块VI的设计，并按照测试步骤要求，在测试序列程序中添加这些测试功能模块，生成序列文件。最终通过LabVIEW设计用户界面，调用序列文件实现对ECU测试的功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:汽车助力转向系统电子单元（EPSECU）,虚拟仪器,LabVIEW,TestStand,热功能测试
目 录
1. 绪论 8
1.1 课题研究的背景与意义 8
1.2 研究现状 9
1.3 课题研究内容及章节安排 9
1.4 论文章节安排 10
2. 基于虚拟仪器技术的测试系统概述 12
2.1虚拟仪器简介 12
2.2虚拟仪器的结构组成 12
2.2.1虚拟仪器的硬件结构 12
2.2.2 虚拟仪器的软件结构 13
2.2 虚拟仪器的优点 13
2.3 基于虚拟仪器测试系统开发 14
2.3.1 LabVIEW图形化程序的组成和特点 14
2.3.2 TestStand测试流程管理软件的特点 15
2.4 结合LabVIEW、TestStand设计测试系统的优点 15
3. 测试系统硬件平台的构建 16
3.1 ECU的工作原理及基本结构 16
3.2测试系统的需求分析 17
3.3 测试系统的硬件配置 18
3.3.1 系统总体结构 19
3.3.2 基于loadbox的交互信号切换设计 20
3.3.3 基于PXI-Pickering Matrix的交互信号切换设计 21
3.4 测试系统硬件选型 22
3.4.1 CAN卡选择（PXI-8464/2） 22
3.4.2 电源模块选择（PXI-4110，PXI-4130） 23
3.4.3 测量模块选择（PXI-4070，PXI-5114） 24
3.4.4 PXI-6509 25
3.4.5 PXI-pickering 25
3.4.6 工控机机箱选择（PXI-1042） 26
3.4.7 处理器选择（PXI-8108） 26
4. 系统软件的设计与实现 28
4.1 系统软件设计的总体架构 28
4.1.1 产品驱动程序 28
4.1.2 测试设备驱动 29
4.1.3 测试序列 29
4.1.4 测试系统功能测试序列设计及实现 29
4.1.5 用户定制程序 29
4.2 基于LabVIEW的用户界面程序设计 29
4.2.1．基于LabVIEW的用户界面程序设计流程 29
4.2.2．用户界面主程序前面板设计 30
4.2.3 用户界面主程序程序框图设计 31
4.2.4自动测试模式（Product Mode）前面板设计 32
4.2.5自动测试模式（Product Mode）程序框图设计 33
4.2.6手动模式（Manual Mode）前面板设计 36
4.2.7 手动模式（Manual Mode）程序框图设计 37
4.3 基于LabVIEW的测试VI设计 39
4.3.1 PXI-6509驱动loadbox的VI设计 39
4.3.2 基于pickering matirx 矩阵切换VI的设计 39
4.4 基于TestStand的测试序列设计 40
4.4.1 选择测试步骤类型 40
4.4.2 添加测试步骤的文件 41
4.4.3 测试序列文件的生成 42
5.系统调试与结果分析 43
5.1 功能测试在生产线上的调试 43
5.2 测试序列文件的执行 44
5.3 LabVIEW用户界面程序的调试 45
6.总结与展望 47
6.1 总结 47
6.2 展望 47
参考文献 49
致 谢 51
1. 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
随着社会的发展，汽车已经成为人们日常生活中一种常见的交通工具，汽车的普及使人们对汽车的智能化水平，安全性、舒适性、动力性以及排放量等性能的要求也在不断地提升。
为了提高汽车中各个系统的性能，汽车的设计者与生产商们将越来越多的智能化配置用到汽车上。汽车中有各种智能管理系统，比如说发动机系统，电控制动防抱死系统，安全气囊系统等。而这些系统中的核心是电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)。ECU从用途上讲是汽车专用微机控制器。它和普通的电脑一样,由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。用一句简单的话来形容就是“ECU就是汽车的大脑”。目前在一些中高级轿车上，ECU遍布于汽车各部分，比如发动机、防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等，它的合格与否决定着汽车能否平稳、安全、舒适的运行。正是因为ECU对每个系统都非常重要，所以在ECU被安装到汽车上去之前，必须要经过各种严格的测试，这样才能保证能够驾驶到既智能又安全的汽车。
电动助力转向系统(Electronic Power Steering)，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，一般具有助力转向、主动回正、直线行驶功能。汽车在转向时，电子控制单元通过传感器采集方向盘转角、方向盘转速，通过CAN总线采集转向力、发动机转速、车速等信息，根据内置的特性曲线图计算助力力矩，输出驱动转向助力电动机工作，其中电子控制单元是EPS的核心。本课题来源于实际工程项目，应客户要求，设计一个测试系统，检测汽车助力转向系统ECU电路板。要求测试系统需要能够满足一系列的测试要求，并且具有能适应硬件变化和未来新产品的灵活性。
当前，以计算机技术为核心的虚拟仪器技术得到了迅猛的发展。虚拟仪器技术结合了数字信号处理技术、计算机技术、软件工程方法以及标准总线技术，用户可以进行软件的编程及基础硬件的配置来代替传统仪器在测试方面的功能。虚拟仪器代表了自动测试系统未来的发展方向，在测试与测量、过程控制与工业自动化和实验室研究等领域均有广泛的应用前景。本课题选用NI公司的LabVIEW图形化编程软件，TestStand测试序列管理软件和PXI硬件设计构建了一个测试系统。在生产现场85±3°C加热的条件下，对汽车转向助力电子控制单元（EPS ECU）的PCB板进行多项指标的测试。
1.2 研究现状
很多公司的工程师们以及高校的研究人员都已经对基于虚拟仪器技术的第三代自动化测试系统以及车用ECU功能测试等方面设计做了相关的研究，获得了很多研究的成果，为本次设计提供了不少参考价值。以下是部分研究成果。
摘要
随着汽车电子技术的快速发展，越来越多的电子控制单元应用于汽车，这一方面提高了汽车的操控性、安全性和舒适度，另一方面汽车的工作环境多变而恶劣，对这些电子部件的可靠性提出新的挑战。精确、方便、灵活、快速、低成本的测试平台是生产商保证质量的必然选择。本课题针对汽车助力转向系统电子控制单元电路板设计了一个测试系统，在安装于汽车之前检测电子控制单元的功能和可靠性。
电动助力转向系统(Electronic Power Steering)，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，一般具有助力转向、主动回正、直线行驶功能。汽车助力转向系统的电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)是汽车专用微机控制器，是整个汽车助力转向系统的核心。为了测试汽车助力转向系统ECU电路板的功能。本课题选用高精度的PXI板卡模拟被测产品所需的各种信号并对其输出负载进行仿真，软件设计部分使用先进的虚拟仪器LabVIEW作为软件开发平台，并以TestStand作为测试管理软件，充分利用了LabVIEW和TestStand各自的优点。该测试系统有效地与ECU交互，在生产现场85±3℃加热的条件下，模拟测试所需的各种模拟量、数字量、开关量和CAN信息，通过信号测量与分析对ECU进行热功能测试，从而构建了一个高效率、低成本的测试系统。
本文在分析测试要求的基础上，构建了硬件系统，并提出了基于LabVIEW和TestStand的软件系统设计，采用LabVIEW进行ECU功能测试各模块VI的设计，并按照测试步骤要求，在测试序列程序中添加这些测试功能模块，生成序列文件。最终通过LabVIEW设计用户界面，调用序列文件实现对ECU测试的功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:汽车助力转向系统电子单元（EPSECU）,虚拟仪器,LabVIEW,TestStand,热功能测试
目 录
1. 绪论 8
1.1 课题研究的背景与意义 8
1.2 研究现状 9
1.3 课题研究内容及章节安排 9
1.4 论文章节安排 10
2. 基于虚拟仪器技术的测试系统概述 12
2.1虚拟仪器简介 12
2.2虚拟仪器的结构组成 12
2.2.1虚拟仪器的硬件结构 12
2.2.2 虚拟仪器的软件结构 13
2.2 虚拟仪器的优点 13
2.3 基于虚拟仪器测试系统开发 14
2.3.1 LabVIEW图形化程序的组成和特点 14
2.3.2 TestStand测试流程管理软件的特点 15
2.4 结合LabVIEW、TestStand设计测试系统的优点 15
3. 测试系统硬件平台的构建 16
3.1 ECU的工作原理及基本结构 16
3.2测试系统的需求分析 17
3.3 测试系统的硬件配置 18
3.3.1 系统总体结构 19
3.3.2 基于loadbox的交互信号切换设计 20
3.3.3 基于PXI-Pickering Matrix的交互信号切换设计 21
3.4 测试系统硬件选型 22
3.4.1 CAN卡选择（PXI-8464/2） 22
3.4.2 电源模块选择（PXI-4110，PXI-4130） 23
3.4.3 测量模块选择（PXI-4070，PXI-5114） 24
3.4.4 PXI-6509 25
3.4.5 PXI-pickering 25
3.4.6 工控机机箱选择（PXI-1042） 26
3.4.7 处理器选择（PXI-8108） 26
4. 系统软件的设计与实现 28
4.1 系统软件设计的总体架构 28
4.1.1 产品驱动程序 28
4.1.2 测试设备驱动 29
4.1.3 测试序列 29
4.1.4 测试系统功能测试序列设计及实现 29
4.1.5 用户定制程序 29
4.2 基于LabVIEW的用户界面程序设计 29
4.2.1．基于LabVIEW的用户界面程序设计流程 29
4.2.2．用户界面主程序前面板设计 30
4.2.3 用户界面主程序程序框图设计 31
4.2.4自动测试模式（Product Mode）前面板设计 32
4.2.5自动测试模式（Product Mode）程序框图设计 33
4.2.6手动模式（Manual Mode）前面板设计 36
4.2.7 手动模式（Manual Mode）程序框图设计 37
4.3 基于LabVIEW的测试VI设计 39
4.3.1 PXI-6509驱动loadbox的VI设计 39
4.3.2 基于pickering matirx 矩阵切换VI的设计 39
4.4 基于TestStand的测试序列设计 40
4.4.1 选择测试步骤类型 40
4.4.2 添加测试步骤的文件 41
4.4.3 测试序列文件的生成 42
5.系统调试与结果分析 43
5.1 功能测试在生产线上的调试 43
5.2 测试序列文件的执行 44
5.3 LabVIEW用户界面程序的调试 45
6.总结与展望 47
6.1 总结 47
6.2 展望 47
参考文献 49
致 谢 51
1. 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
随着社会的发展，汽车已经成为人们日常生活中一种常见的交通工具，汽车的普及使人们对汽车的智能化水平，安全性、舒适性、动力性以及排放量等性能的要求也在不断地提升。
为了提高汽车中各个系统的性能，汽车的设计者与生产商们将越来越多的智能化配置用到汽车上。汽车中有各种智能管理系统，比如说发动机系统，电控制动防抱死系统，安全气囊系统等。而这些系统中的核心是电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)。ECU从用途上讲是汽车专用微机控制器。它和普通的电脑一样,由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。用一句简单的话来形容就是“ECU就是汽车的大脑”。目前在一些中高级轿车上，ECU遍布于汽车各部分，比如发动机、防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等，它的合格与否决定着汽车能否平稳、安全、舒适的运行。正是因为ECU对每个系统都非常重要，所以在ECU被安装到汽车上去之前，必须要经过各种严格的测试，这样才能保证能够驾驶到既智能又安全的汽车。
电动助力转向系统(Electronic Power Steering)，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，一般具有助力转向、主动回正、直线行驶功能。汽车在转向时，电子控制单元通过传感器采集方向盘转角、方向盘转速，通过CAN总线采集转向力、发动机转速、车速等信息，根据内置的特性曲线图计算助力力矩，输出驱动转向助力电动机工作，其中电子控制单元是EPS的核心。本课题来源于实际工程项目，应客户要求，设计一个测试系统，检测汽车助力转向系统ECU电路板。要求测试系统需要能够满足一系列
当前，以计算机技术为核心的虚拟仪器技术得到了迅猛的发展。虚拟仪器技术结合了数字信号处理技术、计算机技术、软件工程方法以及标准总线技术，用户可以进行软件的编程及基础硬件的配置来代替传统仪器在测试方面的功能。虚拟仪器代表了自动测试系统未来的发展方向，在测试与测量、过程控制与工业自动化和实验室研究等领域均有广泛的应用前景。本课题选用NI公司的LabVIEW图形化编程软件，TestStand测试序列管理软件和PXI硬件设计构建了一个测试系统。在生产现场85±3°C加热的条件下，对汽车转向助力电子控制单元（EPS ECU）的PCB板进行多项指标的测试。
1.2 研究现状
很多公司的工程师们以及高校的研究人员都已经对基于虚拟仪器技术的第三代自动化测试系统以及车用ECU功能测试等方面设计做了相关的研究，获得了很多研究的成果，为本次设计提供了不少参考价值。以下是部分研究成果。
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