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作者:
莊 銳 -
1. 項(xiàng)目背景
國(guó)家大力發(fā)展純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)，對(duì)于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的考慮是一方面，另一方面則是以此為契機(jī)發(fā)展自主品牌。純電動(dòng)汽車以動(dòng)力電池包作為能量來(lái)源，以電動(dòng)機(jī)作為車輛行駛動(dòng)力源，其核心技術(shù)也正是體現(xiàn)在整車控制器、電機(jī)控制器以及電池管理系統(tǒng)上。發(fā)展自主品牌的基本要求便是要掌握核心技術(shù)，對(duì)于純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)而言，正是體現(xiàn)在必須掌握其三大電控單元的開發(fā)技術(shù)。測(cè)試作為研發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其重要性也不容忽視。
2. 控制策略測(cè)試平臺(tái)總體設(shè)計(jì)
對(duì)于整車控制器而言，其本身可以分為控制器硬件和控制器中的嵌入式軟件兩大部分。整車控制器硬件通常結(jié)構(gòu)較為清晰明了，主要包括主控芯片的最小系統(tǒng)以及相應(yīng)的外圍接口電路。如果不考慮具體芯片型號(hào)以及實(shí)際運(yùn)用的具體外設(shè)，而只考慮整車控制器的一般性功能，整車控制器硬件功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 整車控制器硬件結(jié)構(gòu)圖
整車控制器作為純電動(dòng)車整車的一個(gè)部分，當(dāng)整車控制器放置于實(shí)際車輛上運(yùn)行的時(shí)候，由車載蓄電池為整車控制器供電，實(shí)車上的踏板、檔位以及各傳感器提供整車控制器必要激勵(lì)信號(hào)，其余電控單元接收整車控制器所發(fā)出的各類指令，并反饋當(dāng)前的狀態(tài)給整車控制器。考慮比較普遍的情況，整車控制器接口類型如表1所示。
表1 臺(tái)架需要支持的接口類型
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接口類型
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實(shí)現(xiàn)功能
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模擬信號(hào)輸出
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給整車控制器提供模擬類型的激勵(lì)信號(hào)
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模擬信號(hào)采集
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采集整車控制器的模擬類型的反饋以及控制信號(hào)
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數(shù)字信號(hào)輸出
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給整車控制器提供數(shù)字類型的激勵(lì)信號(hào)
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數(shù)字信號(hào)采集
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采集整車控制器的數(shù)字類型的反饋以及控制信號(hào)
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脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)送
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給整車控制器提供PWM類型的激勵(lì)信號(hào)
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脈寬調(diào)制信號(hào)接收
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采集整車控制器的PWM類型的反饋以及控制信號(hào)
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CAN總線報(bào)文發(fā)送
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向整車控制器發(fā)送CAN總線報(bào)文
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CAN總線報(bào)文接收
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采集整車控制器發(fā)送的CAN總線報(bào)文
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在開始對(duì)整車控制器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，臺(tái)架會(huì)按照測(cè)試用例逐條給出激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)逐條判斷反饋信號(hào)，關(guān)于測(cè)試用例和其編輯部分將在后面介紹。為了使程序邏輯更清晰且提高程序的擴(kuò)展性，測(cè)試臺(tái)架整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 測(cè)試臺(tái)架整體結(jié)構(gòu)
3 板卡控制部分程序?qū)崿F(xiàn)
上一節(jié)給出的整體結(jié)構(gòu)將測(cè)試平臺(tái)分為板卡控制部分以及測(cè)試功能實(shí)現(xiàn)部分。這一節(jié)主要實(shí)現(xiàn)板卡的控制部分程序。
3.1 DAQmx數(shù)據(jù)采集輸出部分
利用DAQmx進(jìn)行信號(hào)的采集時(shí)，通常包含以下幾個(gè)步驟：創(chuàng)建虛擬通道、設(shè)置采樣頻率、啟動(dòng)任務(wù)、采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、停止任務(wù)、清除任務(wù)。DAQmx的一個(gè)典型流程圖如圖3所示。
圖3 DAQmx數(shù)據(jù)采集輸出流程
3.2 CAN總線收發(fā)部分
實(shí)現(xiàn)CAN總線收發(fā)通常包括以下幾個(gè)步驟：創(chuàng)建接收會(huì)話、創(chuàng)建發(fā)送會(huì)話、設(shè)置波特率、開始會(huì)話、讀或?qū)慍AN報(bào)文、停止會(huì)話、清除會(huì)話。一個(gè)典型的程序CAN總線收發(fā)流程圖如4所示。
圖4 CAN總線收發(fā)流程圖
4 . 測(cè)試功能實(shí)現(xiàn)
如果測(cè)試平臺(tái)程序按功能劃分，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
1）控制器硬線接口配置：按照待測(cè)控制器接口定義配置設(shè)備硬件通道。
2）CAN總線通信協(xié)議配置：導(dǎo)入CANdb++配置的CAN通信協(xié)議。
3）測(cè)試用例的配置：導(dǎo)入Excel編輯的測(cè)試用例文件。
4）控制策略測(cè)試：根據(jù)測(cè)試用例對(duì)控制策略進(jìn)行測(cè)試。
5）控制器耐久測(cè)試：對(duì)控制器進(jìn)行循環(huán)耐久測(cè)試。
6）實(shí)時(shí)信號(hào)觀測(cè)：觀察或控制設(shè)備各通道輸入輸出。
4.1 控制器硬線接口配置
接口配置主要分為模擬激勵(lì)通道、模擬反饋通道、數(shù)字激勵(lì)通道、數(shù)字反饋通道、PWM激勵(lì)通道、PWM反饋通道，也即除CAN通道外的所有硬線通道。整車控制器接口配置界面如圖5所示。
圖5 整車控制器接口配置界面
為了節(jié)省重復(fù)硬線配置過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間，并降低輸入過(guò)程可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，測(cè)試軟件支持硬線配置文件的導(dǎo)入。將所有接口信息寫入配置文件，并在測(cè)試軟件界面中導(dǎo)入該文件來(lái)實(shí)現(xiàn)信息錄入，配置文件實(shí)際上是一個(gè)Excel文檔，Excel文檔的一個(gè)簡(jiǎn)單例子如表2所示。
表2 硬線配置文件示例
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類型
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信號(hào)名稱
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物理通道
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縮放系數(shù)
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偏移量
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頻率(PWM特有)
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AO
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加速踏板1
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C02
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1
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0
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AO
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加速踏板2
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D02
|
1
|
0
|
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|
AO
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制動(dòng)踏板1
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C04
|
1
|
0
|
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|
AO
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制動(dòng)踏板2
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D04
|
1
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0
|
|
|
DO
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檔位信號(hào)1
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C01
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1
|
0
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|
|
DO
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檔位信號(hào)2
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D01
|
1
|
0
|
|
|
DO
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鑰匙位置1
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C01
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1
|
0
|
|
|
DO
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鑰匙位置2
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D01
|
1
|
0
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DI
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MCU繼電器
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C09
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1
|
0
|
|
|
DI
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DCDC繼電器
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D09
|
1
|
0
|
|
|
DI
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空調(diào)繼電器
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C11
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1
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0
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|
DI
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CCS繼電器
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D11
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1
|
0
|
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PI
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車速信號(hào)
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E08
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1
|
0
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1000
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表格主要內(nèi)容為：信號(hào)類型，信號(hào)名稱，物理通道，縮放系數(shù)，偏移量，以及針對(duì)PWM信號(hào)的頻率。
1）信號(hào)類型，這里采用英文縮寫來(lái)表示，主要分為以下幾類。
AO：模擬信號(hào)輸出通道，用于給VCU模擬信號(hào)激勵(lì)
AI：模擬信號(hào)輸入，用于采集VCU模擬信號(hào)反饋
DO：數(shù)字信號(hào)輸出通道，用于給VCU數(shù)字信號(hào)激勵(lì)
DI：數(shù)字信號(hào)輸入，用于采集VCU數(shù)字信號(hào)反饋
PO：頻率信號(hào)輸出通道，用于給VCU頻率信號(hào)激勵(lì)
PI：頻率信號(hào)輸入，用于采集VCU頻率信號(hào)反饋
2）信號(hào)名稱，主要用于信號(hào)和后面將用到的測(cè)試用例進(jìn)行關(guān)聯(lián)，因此信號(hào)名稱必須和測(cè)試用例中的信號(hào)名稱一致。
3）物理通道，為了便于編寫和現(xiàn)場(chǎng)操作，物理通道用BOB盒子編號(hào)來(lái)表示，軟件將根據(jù)編號(hào)自動(dòng)關(guān)聯(lián)具體的物理通道。
4）縮放系數(shù)以及偏移量，表示物理量取值和實(shí)際信號(hào)電壓之間的關(guān)系。這兩個(gè)參數(shù)主要針對(duì)模擬信號(hào)。
4.2 CAN總線通信協(xié)議配置
平臺(tái)軟件支持DBC文件的解析，利用CANdb++生成的DBC文件可以直接導(dǎo)入，點(diǎn)擊“ ”，在文件選擇對(duì)話框中選擇要導(dǎo)入的DBC文件。程序自動(dòng)解析DBC文件，提取出所有報(bào)文的的報(bào)文名稱、報(bào)文ID、發(fā)送節(jié)點(diǎn)，以及所有信號(hào)的信號(hào)名稱、所屬報(bào)文、信號(hào)起始位置、信號(hào)長(zhǎng)度、存儲(chǔ)格式、縮放系數(shù)、偏移量等信息。報(bào)文配置界面如圖6所示。
圖6 CAN報(bào)文配置界面
CAN信號(hào)配置部分和CAN報(bào)文配置部分雖然沒(méi)有放在同一頁(yè)，但導(dǎo)入DBC文件時(shí)，兩者的信息錄入是同時(shí)完成的，CAN信號(hào)配置界面如圖7所示。
圖7 CAN報(bào)文信號(hào)配置界面
4.3 測(cè)試用例配置
整體測(cè)試的測(cè)試用例實(shí)際上是一個(gè)Excel表格，表頭分為兩類信息，一類是用信號(hào)名表示的信號(hào)列表。另一類則是所要關(guān)注的信號(hào)閾值，用關(guān)鍵字“Limit#”加上具體信號(hào)名組成。表格的每一行表示一條用例，給出測(cè)試用例的時(shí)間、各激勵(lì)信號(hào)的取值、反饋信號(hào)的預(yù)留位置以及測(cè)試用例通過(guò)的閾值，具體的閾值用形如“20#30”來(lái)表示在20和30之間。具體實(shí)例如表3所示。
表3 簡(jiǎn)單的測(cè)試用例示例
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時(shí)間
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激勵(lì)信號(hào)1
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激勵(lì)信號(hào)2
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反饋信號(hào)1
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反饋信號(hào)2
|
Limit#
反饋信號(hào)1
|
Limit#
反饋信號(hào)2
|
|
0.05
|
1
|
1
|
|
|
0#0
|
1#2
|
|
0.1
|
2
|
0
|
|
|
1#1
|
5#8
|
|
0.15
|
3
|
0
|
|
|
1#1
|
12#15
|
|
0.2
|
4
|
1
|
|
|
0#0
|
20#25
|
|
0.25
|
5
|
0
|
|
|
0#0
|
30#35
|
|
0.3
|
6
|
0
|
|
|
1#1
|
40#45
|
|
0.35
|
7
|
1
|
|
|
0#0
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50#55
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這里VCU受“激勵(lì)信號(hào)1”和“激勵(lì)信號(hào)2”這兩路信號(hào)影響。測(cè)試用例考察“反饋信號(hào)1”和“反饋信號(hào)2”這兩路信號(hào)，信號(hào)的通過(guò)閾值是“Limit#反饋信號(hào)1”以及“Limit#反饋信號(hào)2”。
4.4 控制策略測(cè)試實(shí)現(xiàn)
當(dāng)編輯好測(cè)試用例，就可以進(jìn)行策略整體測(cè)試，軟件界面如圖8所示，測(cè)試過(guò)程中，各個(gè)列表將顯示測(cè)試相關(guān)信號(hào)的取值，同時(shí)顯示當(dāng)前測(cè)試用例的總頁(yè)數(shù)和總項(xiàng)數(shù)，以及當(dāng)前測(cè)試項(xiàng)的序號(hào)。
圖8 策略整體測(cè)試界面
4.5 控制器耐久測(cè)試實(shí)現(xiàn)
策略測(cè)試和耐久測(cè)試功能在同一界面上實(shí)現(xiàn)，采用開關(guān)在兩種測(cè)試方式之間進(jìn)行切換。當(dāng)切換到策略測(cè)試方式下，控制界面如圖9所示，而切換到耐久測(cè)試方式下，則控制界面如圖10所示。
圖9 策略測(cè)試控制臺(tái)
圖10 耐久測(cè)試控制臺(tái)
和策略測(cè)試方式操作方式基本一致，耐久測(cè)試方式下，測(cè)試軟件將依照“總測(cè)試次數(shù)”進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，并且在測(cè)試次數(shù)達(dá)到“評(píng)價(jià)周期”時(shí)，對(duì)所有信號(hào)進(jìn)行一次記錄。并且對(duì)所有反饋信號(hào)進(jìn)行判斷，對(duì)于未通過(guò)的項(xiàng)目會(huì)用紅色標(biāo)出，方便測(cè)試人員后續(xù)分析。假設(shè)表3所示的測(cè)試用例有部分未通過(guò)，那么測(cè)試結(jié)果如表10所示。
表10 測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)示例
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時(shí)間
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激勵(lì)信號(hào)1
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激勵(lì)信號(hào)2
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反饋信號(hào)1
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反饋信號(hào)2
|
Limit#
反饋信號(hào)1
|
Limit#
反饋信號(hào)2
|
|
0.05
|
1
|
1
|
0
|
2
|
0#0
|
1#2
|
|
0.1
|
2
|
0
|
1
|
7
|
1#1
|
5#8
|
|
0.15
|
3
|
0
|
0
|
19
|
1#1
|
12#15
|
|
0.2
|
4
|
1
|
0
|
22
|
0#0
|
20#25
|
|
0.25
|
5
|
0
|
1
|
30
|
0#0
|
30#35
|
|
0.3
|
6
|
0
|
0
|
48
|
1#1
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40#45
|
|
0.35
|
7
|
1
|
0
|
53
|
0#0
|
50#55
|
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0.4
|
8
|
1
|
0
|
65
|
0#0
|
60#65
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4.6 實(shí)時(shí)信號(hào)觀測(cè)
如果希望在測(cè)試過(guò)程中實(shí)時(shí)觀測(cè)信號(hào)的變化趨勢(shì)，可以切換到實(shí)時(shí)波形觀測(cè)界面。頁(yè)面包含8個(gè)獨(dú)立的波形顯示控件，當(dāng)設(shè)備已開啟且處于測(cè)試過(guò)程中時(shí)，波形顯示控件將實(shí)時(shí)顯示信號(hào)波形，觀測(cè)界面如圖11所示。
圖11 實(shí)時(shí)波形觀測(cè)界面
每個(gè)波形顯示控件左下角有兩個(gè)下拉列表，左側(cè)一個(gè)設(shè)置要顯示的信號(hào)類型，右側(cè)一個(gè)用于選擇要觀測(cè)的具體信號(hào)，下拉列表選擇信號(hào)如圖12所示。
圖12 下拉列表選擇信號(hào)
設(shè)備所有物理通道可以直接觀測(cè)或控制，可以切換到設(shè)備底層數(shù)據(jù)觀測(cè)界面，在這一界面可以手動(dòng)設(shè)置輸出的CAN報(bào)文內(nèi)容，以及所有硬線通道的輸出值。同時(shí)能夠觀察輸入的CAN報(bào)文內(nèi)容，以及所有硬線通道采集的數(shù)據(jù)。設(shè)備底層數(shù)據(jù)觀測(cè)界面如圖13所示。
圖13 設(shè)備底層數(shù)據(jù)觀測(cè)
5 設(shè)備組裝及實(shí)物說(shuō)明
測(cè)試平臺(tái)整體外觀如圖14所示。圖片左側(cè)為測(cè)試平臺(tái)背面，背面安裝了7個(gè)航空插頭，將所有接線盒從設(shè)備中引出，連接待測(cè)控制器。右側(cè)為測(cè)試平臺(tái)正面，最上方分別是總開光、空氣開關(guān)、指示燈、急停開關(guān)。中間則是顯示器鍵鼠套件，顯示器下方則是PXI機(jī)箱，所有板卡的線束都接入機(jī)柜內(nèi)部。最下方是程控電源，主要用于做電性能測(cè)試，這里不對(duì)其做詳細(xì)說(shuō)明。
圖14 設(shè)備實(shí)物照片
6 . 全文總結(jié)
整車控制器統(tǒng)籌車內(nèi)各部件協(xié)調(diào)工作，是純電動(dòng)車整車的核心部件之一，本文借助NI公司的LabVIEW和PXI平臺(tái)，為純電動(dòng)車的整車控制器開發(fā)了策略測(cè)試臺(tái)架，對(duì)控制器的控制策略進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。測(cè)試臺(tái)架現(xiàn)已交付主機(jī)廠即使用，用戶使用反映良好，今后則將根據(jù)用戶需求不斷對(duì)測(cè)試臺(tái)架進(jìn)行優(yōu)化，豐富測(cè)試臺(tái)架功能。
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