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北京中科泛華測控技術(shù)有限公司 開發(fā)工程師 闞宏偉
隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，隨著消費者對于舒適性和易用性要求的不斷提高，隨著越來越多的電子裝置日趨走向智能化、復(fù)雜化，產(chǎn)品生產(chǎn)過程的檢測手段面臨著嚴峻挑戰(zhàn)——單個獨立的測試儀器已經(jīng)難以滿足不同種類產(chǎn)品多樣性的測試需求。因此，柔性測試技術(shù)和基于柔性測試技術(shù)的解決方案應(yīng)運而生。
一.柔性測試技術(shù)
柔性測試技術(shù)是以相關(guān)技術(shù)為依托，滿足測試測量需求的技術(shù)；它以虛擬儀器技術(shù)、測試測量技術(shù)、機電一體化技術(shù)、軟件技術(shù)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，是現(xiàn)代測試技術(shù)的代表之一。柔性測試技術(shù)具有如下特性：
- 適應(yīng)性：滿足多種測試環(huán)境要求，提供多種測試性能，融合多種信號測試能力；
- 靈活性：根據(jù)客戶需求變換測試系統(tǒng)的功能及性能，應(yīng)用多種技術(shù)滿足測試要求；
- 拓展性：跟隨相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，保證應(yīng)用系統(tǒng)的先進性，實現(xiàn)測試能力的不斷進步。
泛華測控在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合各種行業(yè)需求，針對電子產(chǎn)品的生產(chǎn)測試，開發(fā)了一系列解決方案。其中，基于柔性測試技術(shù)構(gòu)建的汽車傳感器測試系統(tǒng)，集中體現(xiàn)了經(jīng)濟、實用、高效的優(yōu)點。
二.汽車傳感器測試需求分析
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)的標志，具有獨特而重要的地位。其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著能否對汽車其他部位的有效監(jiān)測和控制，從而影響汽車的整體性能。因此，在傳感器出廠或安裝到整車前，汽車生產(chǎn)廠商或整車生產(chǎn)廠商需要一種手段來對傳感器進行評價和驗證。泛華測控的汽車傳感器測試系統(tǒng)就是這種產(chǎn)品質(zhì)量檢測的設(shè)備。
傳感器的檢測設(shè)備需滿足如下幾點要求：
第一，需要系統(tǒng)提供傳感器正常工作的仿真環(huán)境，如馬達帶動目標輪旋轉(zhuǎn)模擬傳感器的激勵源、傳感器供電電源等；
第二，能夠?qū)Ρ粶y對象的動態(tài)、靜態(tài)參數(shù)進行準確測量；
第三，雖然常用的汽車輪速/位置傳感器在原理上基本可以分為主動式(霍爾式)、被動式(磁電式)兩類，但是由于廠商的差異、車型的差異，甚至是應(yīng)用環(huán)境的差異，其結(jié)構(gòu)千差萬別。而給每種結(jié)構(gòu)的傳感器都配備一套測試設(shè)備，從成本等方面考慮是不可行的，這就要求測試設(shè)備能夠達到一定程度的通用性；
第四，生產(chǎn)上效率是一個關(guān)鍵因素，所以要求檢測設(shè)備應(yīng)該是一個比較自動化的測試系統(tǒng)，工件壓緊、測件定位、信號連接、工件卸載等都由系統(tǒng)自動實現(xiàn)；
第五，為保證生產(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。
傳感器測試系統(tǒng)主要用于在生產(chǎn)線上對汽車傳感器進行終檢測試，能夠滿足主動式和被動式汽車輪速傳感器的各種參數(shù)的測試。
系統(tǒng)能夠?qū)χ鲃邮胶捅粍邮絺鞲衅鬟M行測試，具體測試參數(shù)包括：
(1)主動式：
傳感器輸出高電流(Ion)、傳感器輸出低電流(Ioff)、電流比(Iratio)、波形上升時間(Tr)、波形下降時間(Tf)、波形占空比(Duty)、頻率(Frequency)、電容(Cp)。
(2)被動式：
信號電壓(Vpp)、線圈電阻(R-coil)、線圈電感(I-coil)等。
三.系統(tǒng)設(shè)計
傳感器的動、靜態(tài)參數(shù)測量是測試系統(tǒng)的核心內(nèi)容，系統(tǒng)需要有較高的測試精度和重復(fù)精度，對某些測試參數(shù)需要根據(jù)實際情況自定義測試算法。虛擬儀器技術(shù)是以計算機技術(shù)為核心的測試測量技術(shù)，既滿足上述系統(tǒng)的軟、硬件要求，又具有很強的擴展性，故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IO接口對外部氣缸動作進行控制，需要運動控制卡對轉(zhuǎn)速進行精確控制，是一套“機”、“電”、“軟”結(jié)合的柔性測試系統(tǒng)。
系統(tǒng)原理如圖1示，傳感器測試系統(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、運動控制模塊等組成。PXI系統(tǒng)內(nèi)部通過PXI總線進行數(shù)據(jù)傳輸。
控制器通過顯示器、鼠標、鍵盤實現(xiàn)人機交互。
萬用表模塊和示波器模塊通過矩陣開關(guān)的切換，實現(xiàn)對被測傳感器的電阻、電流、電感、電容測試。
數(shù)字I/O模塊的功能是對報警系統(tǒng)和指示燈的控制，以及監(jiān)視測試啟動開關(guān)、光電傳感器、等的狀態(tài)。
運動控制模塊主要是控制伺服電機的運動，使其帶動目標輪按設(shè)定的參數(shù)運轉(zhuǎn)，激勵被測傳感器產(chǎn)生信號。
矩陣開關(guān)模塊配合萬用表模塊及示波器模塊使用，完成傳感器信號、供電電源和間隙信號到不同設(shè)備的切換。
此外，通過計算機對電源進行控制，提供被測傳感器的供電要求。
圖1試系統(tǒng)原理圖軟件設(shè)計
就目前的市場來看，汽車傳感器沒有一個統(tǒng)一的行業(yè)標準，基本上都是按照使用者的要求定制的，譬如目標輪及其轉(zhuǎn)速、空氣氣隙和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，也會隨著安裝位置的不同而存在差異。那么，同一臺設(shè)備不可能滿足全部傳感器的測試要求，由此引入模塊化的設(shè)計思想，即系統(tǒng)中相同的部分，如測試儀器、測試軟件、氣動控制系統(tǒng)、主電路系統(tǒng)，作為公用資源（這里我們稱之為“主機”）；對于系統(tǒng)中要求隨著傳感器變化的部分，如目標輪及馬達、夾具及專用電路，作為模塊的形式。主機和模塊之間采用快插的方式完成電氣的連接，并且接口標準化，滿足后續(xù)的擴展需求。當測試不同傳感器時選用不同的測試模塊連接到主機上即可（如圖1）。
各種傳感器的測試內(nèi)容大致相同，但仍然存在一定的差異性，這就要求測試軟件要在一定范圍內(nèi)能對測試內(nèi)容進行增刪和編輯。因此設(shè)計中自定義了腳本文件（包含各種端口分配信息、測試內(nèi)容和測試步驟等），軟件按照這個腳本文件執(zhí)行操作。針對不同傳感器的測試，提供對應(yīng)的腳本文件，便可解決軟件的復(fù)用問題。
此外，系統(tǒng)在不同的模塊上安置了特殊設(shè)計的專用電路，當模塊插入主機后，軟件將會根據(jù)專用電路自動識別模塊，并調(diào)出對應(yīng)的測試參數(shù)，讓模塊更換更加方便快捷。
四.系統(tǒng)特點
(1)測試接口采用模塊化設(shè)計，同一工作臺通過更換測試模塊的方式可提供對多種傳感器的測試（圖2為向某客戶提供的汽車傳感器生產(chǎn)線檢測用的汽車傳感器測試模塊），系統(tǒng)的適應(yīng)性強；
圖2測試模塊
(2)機電結(jié)合的自動化設(shè)計，單件測試時間小于12秒的測試速度，適應(yīng)生產(chǎn)線在線檢測要求；
(3)基于柔性測試技術(shù)，測試精度穩(wěn)定，滿足GRR測試需求；
(4)智能的自動化測試程序，提高測試效率和可靠性。
五.總結(jié)
綜上所述，汽車傳感器測試系統(tǒng)中集中體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)模塊化、接口模塊化及軟件組件化的設(shè)計思想，有機融合了機電一體化技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、軟件技術(shù)等多種技術(shù)，充分體現(xiàn)了柔性測試技術(shù)靈活性、適應(yīng)性和拓展性的特點，提高了檢測效率，降低了檢測成本，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
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