王繼迎 李勇 高坡 趙培 于洋

摘 要：新型新能源車輛大量普及到人民生產(chǎn)生活中后計(jì)量保障的需求、難點(diǎn)和特點(diǎn)，以“標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、通用化”為設(shè)計(jì)原則，利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，綜合集成，研究綜合智能計(jì)量檢定系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)以Windows XP系統(tǒng)為主控計(jì)算機(jī)，以PXI總線為核心，以適配器為接口裝置，集采集、控制、處理、存儲(chǔ)、分析、顯示和報(bào)告于一體的綜合智能計(jì)量檢定檢測(cè)平臺(tái)。系統(tǒng)軟件平臺(tái)基于Windows XP操作系統(tǒng)，軟件開(kāi)發(fā)工具選用VC++。主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的測(cè)試、校準(zhǔn)功能。

關(guān)鍵詞：新能源車輛檢測(cè)線；計(jì)量檢定；PXI總線

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

新型新能源車輛大量普及到人民生產(chǎn)生活中后，新能源車輛檢測(cè)線的計(jì)量檢定已成為新能源車輛檢測(cè)線技術(shù)保障的重要環(huán)節(jié)，新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量具有較多新情況、新特點(diǎn)，從計(jì)量的需求及特點(diǎn)分析著手，認(rèn)真研究新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量校準(zhǔn)方法，以全面形成新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量保障能力為目標(biāo)，從保障新能源車輛檢測(cè)線的計(jì)量參數(shù)、量程范圍等方面進(jìn)行分析，提出新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量校準(zhǔn)方案。

1 需求分析

新能源車輛檢測(cè)線的電氣儀表、防護(hù)裝置、液壓裝置、電氣系統(tǒng)、觀察系統(tǒng)和新能源車輛檢測(cè)線維修中零部件裝配等都必須通過(guò)精確的計(jì)量來(lái)保證精度、安全和功能的可靠。按照相關(guān)要求，新能源車輛檢測(cè)線各類通用測(cè)試設(shè)備及儀表，各種專用測(cè)試設(shè)備均應(yīng)進(jìn)行周期性計(jì)量校準(zhǔn)或檢定。如某型新能源車輛檢測(cè)線各種測(cè)試設(shè)備中，列入計(jì)量強(qiáng)制檢定的通用測(cè)試設(shè)備有近30種，專用測(cè)試設(shè)備有50多種，這些設(shè)備必須按檢定周期嚴(yán)格實(shí)施計(jì)量檢定。然而，目前新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量保障還嚴(yán)重滯后于社會(huì)發(fā)展需求，隨著新能源車輛的更新與發(fā)展，加強(qiáng)新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量保障能力建設(shè)，全面形成新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量保障能力是政府部門(mén)急需解決問(wèn)題。新能源車輛檢測(cè)線正在朝高精度、自動(dòng)化和信息化方向發(fā)展，新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量觀念、計(jì)量意識(shí)也需要快速提升。社會(huì)要發(fā)展，計(jì)量需先行。

2 特點(diǎn)分析

新能源車輛檢測(cè)線是集動(dòng)力系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)、觀察系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)于一體的綜合計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)：新能源車輛檢測(cè)線需檢測(cè)的項(xiàng)目較多，這是其另一特點(diǎn)，再加上一些主觀因素帶來(lái)的特點(diǎn)，從計(jì)量方面考慮，具體分析如下：

2.1 設(shè)備種類多

隨著新能源車輛檢測(cè)線技術(shù)保障的深入，所配套的各類測(cè)試設(shè)備還在更新和增加之中。這對(duì)計(jì)量工作來(lái)說(shuō)，不僅工作任務(wù)重，而且規(guī)程編制、問(wèn)題研究、技術(shù)交流與協(xié)調(diào)的難度大，對(duì)新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量人員的要求高。

2.2 模塊化儀器多

在專用測(cè)試設(shè)備中，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的模塊化儀器或自動(dòng)控制儀器，有的由VXI或PXI等總線結(jié)構(gòu)和模塊化儀器組成自動(dòng)綜合測(cè)量系統(tǒng)；有的由嵌入式計(jì)算機(jī)、測(cè)量部件和軟件組成功能模塊化儀器，對(duì)這些設(shè)備開(kāi)展計(jì)量方法研究和編寫(xiě)檢定規(guī)程難度較大，需在儀器研制人員的大力協(xié)助下才能完成。

2.3 計(jì)量參數(shù)多

在對(duì)通用測(cè)試設(shè)備和專用測(cè)試設(shè)備的計(jì)量中，涉及電磁學(xué)、無(wú)線電、時(shí)間頻率、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和幾何量等7大類20多項(xiàng)參數(shù)的計(jì)量。主要參數(shù)有交直流電壓、交直流電流、電阻、絕緣電阻、功率、衰減、脈沖、時(shí)間、頻率、壓力、扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、發(fā)光強(qiáng)度、照度、亮度、激光特性、長(zhǎng)度和角度等約20項(xiàng)。還有少量測(cè)試設(shè)備或少數(shù)檢定項(xiàng)目涉及電容、電感、調(diào)制度、失真、相位噪聲、力值、流量和平行度等近10項(xiàng)參數(shù)。

2.4 量程范圍寬

有的參數(shù)涉及的量程范圍較寬。如電壓達(dá)到5000V高壓；壓力測(cè)量范圍從-60kPa～40MPa，特別是小到60Pa的微壓也需要精確計(jì)量；扭矩大到2000N·m；功率的測(cè)量范圍從1mW～1000W，跨過(guò)了小功率、中功率和大功率的計(jì)量。這給建標(biāo)工作帶來(lái)很大困難，不僅建標(biāo)成本高，而且技術(shù)難度大。對(duì)這些測(cè)量范圍要求特殊的參數(shù)，建標(biāo)方法還需深入研究。

2.5 檢測(cè)項(xiàng)目多

新能源車輛檢測(cè)線是綜合計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)，其儀器儀表性能，系統(tǒng)控制功能，壓力裝置、安全裝置及防護(hù)裝置的安全可靠性都需逐項(xiàng)檢測(cè)，這些檢測(cè)項(xiàng)目很多。具有計(jì)算機(jī)控制功能的各種專用測(cè)試設(shè)備中，有的設(shè)備檢測(cè)項(xiàng)目也較多，計(jì)量檢定的工作量較大。

2.6 計(jì)量重點(diǎn)突出

新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量從目的上來(lái)說(shuō)一是提高計(jì)量檢測(cè)能力，二是保證新能源車輛安全；從方法上來(lái)說(shuō)，有較多的專用測(cè)試設(shè)備可以按照程序進(jìn)行功能檢查；從準(zhǔn)確度要求來(lái)說(shuō)，大多數(shù)參數(shù)的計(jì)量準(zhǔn)確度要求不算很高，一般性的標(biāo)準(zhǔn)裝置或計(jì)量設(shè)備就可滿足要求。所以，新能源車輛檢測(cè)線計(jì)量的重點(diǎn)應(yīng)突出電磁學(xué)、光學(xué)、機(jī)械、幾何學(xué)的精確計(jì)量，車載儀表的計(jì)量和安全防護(hù)裝置的檢測(cè)。

3 計(jì)量檢定校準(zhǔn)方案設(shè)計(jì)

利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，綜合集成，研究綜合智能計(jì)量檢定系統(tǒng)，系統(tǒng)是一個(gè)以Windows XP系統(tǒng)為主控計(jì)算機(jī)，以PXI總線為核心，以適配器為接口裝置，集采集、控制、處理、存儲(chǔ)、分析和顯示于一體的綜合計(jì)量檢測(cè)平臺(tái)。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求是：“標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、通用化”。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化

要求能夠覆蓋維修檢測(cè)設(shè)備所有的量值必須是可溯源的，以確保量值的準(zhǔn)確、統(tǒng)一；軟件硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化，互換性強(qiáng)等。

3.2 自動(dòng)化

采用具有總線功能的標(biāo)準(zhǔn)儀器模塊作為計(jì)量校準(zhǔn)的資源，通過(guò)程序和總線使所有的資源連接成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)部件的自動(dòng)計(jì)量校準(zhǔn)。

3.3 通用化

該計(jì)量校準(zhǔn)系統(tǒng)要具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力，在只更換部分測(cè)試軟件和適配器的情況下，也能對(duì)其他種類維修檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行計(jì)量測(cè)試。

本系統(tǒng)采用以PXI總線技術(shù)為核心的體系框架，網(wǎng)絡(luò)控制光學(xué)專用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)等，建立綜合計(jì)量系統(tǒng)。

PXI總線選用國(guó)產(chǎn)化的PXI模塊儀器為測(cè)試資源。作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用量身定制的模塊化儀器平臺(tái)，PXI總線具備機(jī)械、電氣、光學(xué)與電磁等多方面的專業(yè)特性。

4 方案詳細(xì)設(shè)計(jì)

對(duì)新能源車輛檢測(cè)線檢測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)，首先要通過(guò)信號(hào)源模塊產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的激勵(lì)信號(hào)，并將此標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入被檢設(shè)備，再通過(guò)采集模塊來(lái)檢測(cè)設(shè)備輸出的響應(yīng)信號(hào)，并將此信號(hào)也送入主控計(jì)算機(jī)計(jì)算，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和設(shè)備輸出信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，給出檢定校準(zhǔn)曲線，并以此為依據(jù)，對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)做出評(píng)判，從而完成計(jì)量檢定校準(zhǔn)。

4.1 硬件系統(tǒng)的組成

根據(jù)對(duì)設(shè)備輸入輸出信號(hào)分析，系統(tǒng)的硬件組成主要包括測(cè)控計(jì)算機(jī)、PXI機(jī)箱、計(jì)量校準(zhǔn)用測(cè)試資源、適配器、測(cè)試電纜和電源組件等，其組成框圖如圖1所示。

圖1中測(cè)控計(jì)算機(jī)是整個(gè)校準(zhǔn)系統(tǒng)的控制核心，其主要功能是控制各模塊化儀器按邏輯次序和校準(zhǔn)規(guī)程運(yùn)作，并以良好的人——機(jī)界面顯示校準(zhǔn)結(jié)果和工作狀態(tài)。它由PXI嵌入式控制器以及顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等外圍設(shè)備組成，選用NI PXI一8184作為PXI嵌入式控制器。功能模塊如下：

（1）模擬量輸出模塊用來(lái)模擬各種傳感器以及偏角輸出的直流模擬信號(hào)，以作為被檢設(shè)備輸入端的標(biāo)準(zhǔn)模擬激勵(lì)信號(hào)。

（2）模擬量輸入模塊可作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元，用來(lái)檢測(cè)被檢設(shè)備的模擬輸出。

（3）任意波形發(fā)生器模塊可作為系統(tǒng)的頻率信號(hào)輸出單元，用來(lái)檢測(cè)設(shè)備的頻率信號(hào)。

（4）程控電阻模塊可作為系統(tǒng)的電阻輸出單元，用來(lái)檢測(cè)被檢設(shè)備的電阻量輸出。

（5）數(shù)字I/O模塊在該系統(tǒng)中有兩種工作方式，可以模擬設(shè)備的狀態(tài)，或者檢測(cè)設(shè)備的數(shù)字輸出，從而實(shí)現(xiàn)被檢設(shè)備中某些報(bào)警信號(hào)和設(shè)備狀態(tài)的校準(zhǔn)需求。

（6）光學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，用來(lái)完成光學(xué)部件的校準(zhǔn)需求。

（7）長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，用來(lái)完成長(zhǎng)度設(shè)備（游標(biāo)卡尺、百分表、角度儀等）的校準(zhǔn)需求。

適配器用來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合檢測(cè)系統(tǒng)接口向被檢定校準(zhǔn)設(shè)備特定接口的轉(zhuǎn)換。一方面將信號(hào)發(fā)生器輸出的激勵(lì)信號(hào)正確地輸送到被檢定校準(zhǔn)設(shè)備，將設(shè)備輸出的激勵(lì)響應(yīng)信號(hào)傳送到信號(hào)分析模塊；另一方面當(dāng)激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)不滿足測(cè)試需求時(shí)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和阻抗匹配，保證被測(cè)設(shè)備和計(jì)量檢定校準(zhǔn)系統(tǒng)之間配合良好。

4.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件平臺(tái)基于Windows XP操作系統(tǒng)，軟件開(kāi)發(fā)工具選用VC++。主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的測(cè)試、校準(zhǔn)功能。根據(jù)硬件接口和軟件應(yīng)用性質(zhì)，該測(cè)試系統(tǒng)軟件可分為四大部分：計(jì)量檢定測(cè)試、數(shù)據(jù)管理、軟件二次開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)分析系統(tǒng)。根據(jù)被計(jì)量設(shè)備的情況，計(jì)量測(cè)試方式分為自動(dòng)計(jì)量和半自動(dòng)計(jì)量?jī)煞N。

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