(中認(rèn)(沈陽)北方實(shí)驗(yàn)室有限公司，遼寧 沈陽 110141)

1 引言

隨著中國在科研創(chuàng)新領(lǐng)域的不斷投入，當(dāng)今中國越來越多的高新技術(shù)產(chǎn)品走出國門，隨之而來的技術(shù)要求也越來越多，等待我們一一解決，本文主要介紹我實(shí)驗(yàn)室在EVCC(電動(dòng)汽車通信控制器)項(xiàng)目出口日本過程中，根據(jù)本田試驗(yàn)大綱進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)大綱要求的雙電源通道同步施加不同復(fù)雜波形的電源波動(dòng)試驗(yàn)，利用LabVIEW同步控制雙直流電源輸出波形，解決國內(nèi)大部分實(shí)驗(yàn)室能力的不足，助力企業(yè)成功走出國門。

2 試驗(yàn)要求

由于電動(dòng)汽車供電系統(tǒng)輸出復(fù)雜，大電流電機(jī)，電磁閥，電池管理系統(tǒng)等各種元件導(dǎo)致供電電壓輸出經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)，大電壓脈沖或跌落現(xiàn)象頻繁發(fā)生，這對(duì)車內(nèi)電子產(chǎn)品能否穩(wěn)定工作造成挑戰(zhàn)。所以進(jìn)行電壓波動(dòng)試驗(yàn)為檢驗(yàn)汽車電子產(chǎn)品安全可靠性的必要方法，可以將安全風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避在設(shè)計(jì)研發(fā)階段。本田試驗(yàn)大綱中電源波動(dòng)試驗(yàn)條件如圖1所示，EVCC引腳為+B及ACC。

圖1

目前國內(nèi)大部分車廠的電壓波動(dòng)試驗(yàn)要求為單引腳波動(dòng)，即在單一電源通道對(duì)所在引腳施加波形，而且波形大多為方波。而國際知名品牌的車廠要求早已突破單一通道限制，即需要多通道、納秒級(jí)同步誤差。綜上所述，為了迎合國際試驗(yàn)條件，滿足以上技術(shù)要求，現(xiàn)階段需要解決雙直流電源同步和交流疊加電壓波動(dòng)波形實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)難題。

3 設(shè)計(jì)思路

本文利用虛擬儀器技術(shù)，來解決這兩個(gè)難題，虛擬儀器(virtual instrument)是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國NI公司的LabVIEW。利用LabVIEW對(duì)不同復(fù)雜波形進(jìn)行編寫，這樣測(cè)試波形可以更直接的展現(xiàn)在前面板上，使測(cè)試條件更直觀。施加波形的參數(shù)調(diào)整也更加方便，可以隨時(shí)根據(jù)試驗(yàn)大綱進(jìn)行調(diào)整，而且波形可以直接顯示，在后期利用示波器進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)對(duì)比更為直觀。以此為思想前提，而且為了滿足高精度同步的要求，需要通過硬件對(duì)同步性進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)而想到利用嵌有預(yù)裝LabVIEW的工控機(jī)的 PXI標(biāo)準(zhǔn)儀器(如圖3所示)搭接硬件。

圖2

因?yàn)镻XI規(guī)格定義了一個(gè)低歪斜的10MHz參考時(shí)鐘。此參考時(shí)鐘位于背板上，并且分布至每一個(gè)外設(shè)槽，而且由時(shí)鐘源至每一槽的布線長度都是等長的，因此每一外設(shè)槽所接受的時(shí)鐘都是同一相位的，這樣可以很好的保證每個(gè)模塊的同步性。而且以其10MHz的時(shí)鐘源來計(jì)算，其誤差可以控制在100ns級(jí)。而本田試驗(yàn)大綱中，最小時(shí)間單位為ms級(jí)，并且波形的最小循環(huán)周期為2ms。PXI可以提供的同步時(shí)鐘源精度比試驗(yàn)大綱中要求的精度高出很多，可見其能夠完全滿足試驗(yàn)要求。除此之外，為了滿足雙通道電源的要求。配合采用了16輸入通道4輸出通道的高精度同步數(shù)據(jù)采集卡。預(yù)留兩路輸出，為今后更為復(fù)雜的試驗(yàn)研究做好準(zhǔn)備。至此，硬件搭建完成，系統(tǒng)配套完全后，系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3

在硬件完成后，主要工作為復(fù)雜波形的編寫，本文以試驗(yàn)大綱中一組波形為例，如圖4所示。

圖4

方波部分較為簡單，不在這里過多闡述，主要介紹交流疊加分量波形的編寫，其中：

初始正弦波U1=Sin(2πf·t)

k=△U/△t

Umin=5V

f=10Hz

最終：U=U1+k·t+Umin

=Sin(2πf·t)+k·t+Umin

=Sin(20π·t)+k·t+5

為了更精確的表達(dá)出該函數(shù)曲線，本文采用線性插值的方法，通過計(jì)算大量t點(diǎn)時(shí)間的U值，這樣通過足夠多的點(diǎn)能夠更為準(zhǔn)確的描繪出電壓波動(dòng)曲線，本文在一周期50ms內(nèi)選擇1024個(gè)t點(diǎn)，基于此單個(gè)周期波形，利用MATLAB計(jì)算，輸入公式，最終得到數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入LabVIEW中，得到波形(如圖6所示)，至此，該研究方法的所以硬件和軟件均搭建完畢。

圖5

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

本文利用雙通道高精度示波器對(duì)輸出電源進(jìn)行驗(yàn)證。運(yùn)行上述波形控制雙電源同步輸出，通過放大觀察單個(gè)周期波形，可以看出單個(gè)周期為大量坐標(biāo)點(diǎn)線性連接而成，因?yàn)椴捎肕ATLAB結(jié)合數(shù)學(xué)公式，并采用線性插值，預(yù)設(shè)交流疊加波形平滑穩(wěn)定，完全滿足設(shè)計(jì)要求如圖6所示。

圖6

通過示波器抓圖證明通過以上研究方法最終能夠得到雙通道納秒級(jí)同步輸出的電壓波動(dòng)波形(圖7)。滿足本田試驗(yàn)大綱要求。

圖7

5 結(jié)束語

本文根據(jù)本田試驗(yàn)大綱中電壓波動(dòng)試驗(yàn)的復(fù)雜案例，通過研究，順利配制出能夠同步輸出多通道復(fù)雜波形的電壓波動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，并且滿足測(cè)試精度要求，填補(bǔ)了國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室在該試驗(yàn)項(xiàng)目上的空白，并且為更為復(fù)雜的試驗(yàn)打下基礎(chǔ)，幫助企業(yè)在國內(nèi)順利完成試驗(yàn)項(xiàng)目，節(jié)約大量資金，具有極大的市場(chǎng)價(jià)值及推廣前景。