基于PXI平台的ESP系统性能测试平台

应用领域：信号采集/产品测试

挑战：电子稳定系统(Electroni-c Stability Program, 简称ESP，下同)实车道路试验不仅对场地要求十分苛刻，实验过程具有相当的危险性，而且所需测量的信号较多。实验数据采集系统不仅要能够采集各种信号，还要能够在恶劣的测试环境中（如冲击、震动、高温、高湿度等）稳定可靠的工作。

应用方案：面对ESP系统试验苛刻的测试环境、众多的测试信号，基于NI PXI和LabVIEW的测试平台，我们在较短的时间内快速融合了模拟信号、数字信号、CAN、串口等多种信号采集与处理。NI数据采集系统在海南试验场成功完成了ESP试验过程的数据采集，保证了试验的顺利进行。

使用的产品：
LabVIEW 2009软件开发平台
PXI-1042Q 8 槽PXI机箱
PXI-8106 嵌入式实时控制器
PXI-6251 M系列数据采集卡
PXI-6259 M系列数据采集卡
PXI-8430 串口卡
PXI-6608 数字IO模块
PXI-8512 CAN卡

概述：
现代化电子工厂车间批量生产的PCB电路板，除了要进行ICT测试外，还要做最终打包出厂前的功能测试FCT(Functional Circuit Test)。利用NI公司的PXI 控制板卡和LabVIEW软件构建的一套完整的包含音频、视频及各种电压，电流，频率，开关量等等的综合性全自动功能测试平台。该平台实现了对各种不同的PCB电路板的FCT功能测试。通过该平台无需频繁更换测试硬件，新产品加入时，只需更换一个ATE测试夹具，按照PXI板卡的硬件资源分配，对测试夹具的插针进行连线到其界面接口，最后修改相应的测试软件即可实现对PCB板的全自动测试。
该系统综合了音频，视频的自动测试，包含了GPIB，RS232，RS485， Ethernet等多种接口和通讯方式，测试方法简单，操作工人测试时只需要将测试夹具压下、观察上位机软件画面提示，测试完成后抬起测试把柄即可实现全功能测试，测试效率大幅提高。
汽车电子稳定控制系统可以辅助驾驶员对车辆的动力学特性进行控制，通过控制车轮的制动力和发动机的输出力矩来控制汽车的横摆角速度并将侧偏角限制在一定范围内，从而协助驾驶员在极限工况下保持汽车的稳定性，防止车辆出现失稳危险。
        近年来，随着人们对车辆主动安全性要求的提高和各国相应安全法规的推动，ESP系统在汽车上的标准装配率迅速提高，博世、大陆等国外汽车电子产品供应商均具备了ESP系统的批量化供货能力并占据了市场的主要份额。
        国内ESP系统的研究起步较晚，大多停留在理论控制研究与硬件在环仿真阶段，国内整车及零部件厂商大多直接采用博世、大陆、TRW等的ESP系统与自主开发的整车相匹配。
相对于国内ESP系统策略的研究，ESP系统性能测试评价方法的研究基本空白，大多数验证实验均参考国外零部件商或相应机构的试验方法或直接将测试试验委托供应商实施。目前，国内汽车行业尚无形成统一的ESP测试标准，这使得国内整车厂商很难系统合理的评价ESP控制性能，更无法根据试验的结果在产品设计阶段对汽车电子供应商提出完善的产品设计技术要求，大大增加了整车厂商与汽车电子供应商的底盘电控系统匹配设计周期和研发成本。
       鉴于上述情况，课题组结合当前的研究基础，提出一套汽车底盘电控系统性能评价和实验测试流程规范并构建了一个用于ESP系统试验测试的测控系统平台。

ESP系统测试平台
       课题组搭建的ESP系统测试平台主要包括三大部分：1. ESP试验测试流程规范；2. 试验数据采集系统；3. 试验评价标准。
 
图1 ESP系统测试平台架构

        试验测试流程规范规定了ESP测试所需的试验项目、试验目的、测试变量和仪器、试验条件、试验方法，以及实验数据处理方法。
        试验评价标准作为电控系统以及整车性能评定的指南，从汽车相关基本理论出发，规定了性能好坏评定的方法与相应原理。
        试验数据采集系统包括试验中测量所需变量（车辆参数和运动状态）的传感器及其数据采集卡和相关软件。试验数据采集系统性能好坏在一定程度上决定了整个测试系统能否准确评价整车性能以及ESP系统的优劣。
        ESP作为最新一代汽车主动安全系统，ESP是基于汽车动力学对汽车临界失稳状态下施加准确控制来提高汽车稳定性的系统。因此为了验证ESP系统的性能，就需要大量实车试验。完成试验数据采集将面临两大难题：一是，测试设备众多（GPS、陀螺仪、非接触式光电测速仪、轮速传感器、压力传感器、触发器等），二是，测试环境恶劣（冲击、震动、高温、高湿度等）。通过调研，我们选择了NI PXI和LabVIEW的测试平台。
 
图2 ESP数据采集系统界面 

图3 ESP数据采集系统PXI机箱

 
转向盘转角传感器   

 触发开关
        
双轴车速传感器    

压力传感器

GPS   

 陀螺仪
图4 测试系统传感器

 
图5 ESP单移线试验车辆轨迹    图6 ESP单移线试验轮缸制动压力

结论
ESP是未来汽车主动安全系统发展的一大方向，ESP实车道路试验不仅是ESP控制系统优劣的最终评判手段，ESP实车道路试验在ESP控制算法开发阶段也具有一定的指导意义。
基于PXI系统良好的可扩展性，我们快速搭建了ESP系统性能试验的测试平台，在极端苛刻的试验环境下，测试系统准确有效的采集了ESP系统试验的测试信号，大大推动了863计划底盘控制系统的研究，为我们自主底盘电控系统进一步的完善提供了有力的支撑。