汽车电器系统实时监控电路多参数测试系统原理

图3：系统硬件构成

3.3 关键问题

1) 频率信号的测量待测信号同时存在100Hz 以上和3Hz 以下的频率信号，由于系统是公共DMM 等时扫描测量的方式，两种信号需采用不同的采样方式进行测量。对于高频信号将系统扫描通道设置为频率测量直接输出。对于低于3Hz 低频信号，由于其频率过低频率通道无法直接测量，因此需采用拟合的方式。此种方式对系统扫描频率有较高要求根据

Nyquist 定理：

单通道采样率应由待测信号频率上限决定;

故有：

若对80 个模拟通道进行扫描采样，开关的总切换频率应大于480CH/s。系统将单次扫描的时钟设计值为160ms，实际扫描频率为500CH/s，实现了低频信号的测量。

2)瞬断监控的实现瞬断作为一种电路瞬态现象，DMM 分时采样方法采样率过低，无法对该类信号实现监控，而多通道并行的模拟量数据采*导致大量的数据冗余和过高的系统成本。系统使用了抖动测量模块以32 通道并行的数字量采样方式实时监测各通道电压跳变情况，单通道最高采样率为0.1μs，根据汽车电器的试验电压将监控电压阈值设定为10.5V/21V 可选。

4 系统应用软件设计

4.1 软件开发环境

系统选用LabWindows/CVI 作为软件开发平台。它具有交互式编程方法和丰富的库函数，为开发人员建立数据采集和过程监控系统提供了理想的软件开发环境，是实现虚拟仪器及网络化仪器的快速途径。

4.2 试验监控中的多线程技术

Windows 是弱实时性的操作系统.它通过线程的优先级来实现抢先，通过对测试线程进行适当的优先级设置来满足大部分测试任务的实时性要求。试验监控要求系统控制、数据采集、数据显示和数据分析各项功能同步完成。利用LabWindows/CVI 多线程中的线程池技术可以很好的实现系统的实时性。以界面控制作为主线程，通过界面操作向其它线程发出控制指令，使系统能够对用户操作及时响应;数据采集、实时显示、故障诊断作为辅助线程，与主线程同步执行。在辅助线程中，实时显示线程和数据分析线程通过管道消息驱动机制与数据采集线程进行实时的通信，实现线程间的数据共享。

4.3 故障诊断方法

按照逻辑识别原理：故障原因函数A 、故障特征函数X 和决策规则E 三者满足布尔函数关系，故障诊断过程的实质就是从已知的X 、E 中解出A ，用逻辑语言表示为：其实现方法是将被试系统按UUT 工作特性划分为6 种典型的监控单元类型，并针对类型设计相应的故障识别子程序，其内容包括：

1. 以监控单元类型为对象建立典型故障模式数据库，即构建故障原因函数A;

2. 用电路的可测物理量I、U、f 等参数对故障模式进行描述，构建故障特征函数X ;

3. 以逻辑判断为基础建立故障决策规则E ，并转化为相应的故障识别子程序。

图4：故障诊断简化流程图

运行过程中，系统发出采集指令并取回数据，数据处理线程首先将各待测物理量实时数据与阈值库中UUT 状态参数对应的阈值进行对比，当发现有超阈值数据便认为有故障发生，开始起动该UUT 所属类型对应的故障识别子程序进行故障诊断，诊断子程序执行结束后实现诊断结果输出并作记录。图4 说明了系统的故障诊断过程。

4.4 系统数据管理及数据库

系统以Microsoft SQL Server 为底层建立数据库，通过SQL Toolkit 建立ODBC 数据源，对数据库进行连接和数据信息存取的操作。系统配置数据可由开放的用户界面生成，使用户可以针对不同的试验对象对系统进行相应配置，从而确保了系统的灵活性和通用性。

5 结束语

该系统应用于某汽车企业的振动可靠性试验之中，解决了汽车电器系统试验过程的智能监控问题。使用结果表明，系统可以正确的测量、显示、记录和回放各测试物理量;可以对故障进行实时准确的诊断和报警，有效的改善了传统试验监控方法的诸多弊端，能够满足对被试系统进行实时监控的工程要求;以LXI 总线仪器为基础结合虚拟仪器软件开发技术，是构建综合性测试测量系统的有效手段。现代测试技术与计算机技术的融合使汽车电器系统可靠性试验的自动监控成为现实，使得试验过程变的智能化、科学化;为被试系统的故障机理分析，可靠性试验结果*价，汽车产品的设计和品质改进提供了科学依据。

本文作者的创新点：1.提出了一种基于LXI 总线的电路多参数测试监控系统的构建方案;2. 建立了基于UUT 分类的汽车电器故障实时诊断方法。