新能源车辆检测线计量检定测试系统设计

王继迎 李勇 高坡 赵培 于洋

摘 要：新型新能源车辆大量普及到人民生产生活中后计量保障的需求、难点和特点，以“标准化、自动化、通用化”为设计原则，利用现有标准，综合集成，研究综合智能计量检定系统，该系统是一个以Windows XP系统为主控计算机，以PXI总线为核心，以适配器为接口装置，集采集、控制、处理、存储、分析、显示和报告于一体的综合智能计量检定检测平台。系统软件平台基于Windows XP操作系统，软件开发工具选用VC++。主要用来实现系统的测试、校准功能。

关键词：新能源车辆检测线；计量检定；PXI总线

中图分类号：U469 文献标志码：A

新型新能源车辆大量普及到人民生产生活中后，新能源车辆检测线的计量检定已成为新能源车辆检测线技术保障的重要环节，新能源车辆检测线计量具有较多新情况、新特点，从计量的需求及特点分析着手，认真研究新能源车辆检测线计量校准方法，以全面形成新能源车辆检测线计量保障能力为目标，从保障新能源车辆检测线的计量参数、量程范围等方面进行分析，提出新能源车辆检测线计量校准方案。

1 需求分析

新能源车辆检测线的电气仪表、防护装置、液压装置、电气系统、观察系统和新能源车辆检测线维修中零部件装配等都必须通过精确的计量来保证精度、安全和功能的可靠。按照相关要求，新能源车辆检测线各类通用测试设备及仪表，各种专用测试设备均应进行周期性计量校准或检定。如某型新能源车辆检测线各种测试设备中，列入计量强制检定的通用测试设备有近30种，专用测试设备有50多种，这些设备必须按检定周期严格实施计量检定。然而，目前新能源车辆检测线计量保障还严重滞后于社会发展需求，随着新能源车辆的更新与发展，加强新能源车辆检测线计量保障能力建设，全面形成新能源车辆检测线计量保障能力是政府部门急需解决问题。新能源车辆检测线正在朝高精度、自动化和信息化方向发展，新能源车辆检测线计量观念、计量意识也需要快速提升。社会要发展，计量需先行。

2 特点分析

新能源车辆检测线是集动力系统、防护系统、观察系统和电气系统于一体的综合计量检测系统。其主要特点：新能源车辆检测线需检测的项目较多，这是其另一特点，再加上一些主观因素带来的特点，从计量方面考虑，具体分析如下：

2.1 设备种类多

随着新能源车辆检测线技术保障的深入，所配套的各类测试设备还在更新和增加之中。这对计量工作来说，不仅工作任务重，而且规程编制、问题研究、技术交流与协调的难度大，对新能源车辆检测线计量人员的要求高。

2.2 模块化仪器多

在专用测试设备中，通过计算机控制的模块化仪器或自动控制仪器，有的由VXI或PXI等总线结构和模块化仪器组成自动综合测量系统；有的由嵌入式计算机、测量部件和软件组成功能模块化仪器，对这些设备开展计量方法研究和编写检定规程难度较大，需在仪器研制人员的大力协助下才能完成。

2.3 计量参数多

在对通用测试设备和专用测试设备的计量中，涉及电磁学、无线电、时间频率、力学、热学、光学和几何量等7大类20多项参数的计量。主要参数有交直流电压、交直流电流、电阻、绝缘电阻、功率、衰减、脉冲、时间、频率、压力、扭矩、转速、温度、发光强度、照度、亮度、激光特性、长度和角度等约20项。还有少量测试设备或少数检定项目涉及电容、电感、调制度、失真、相位噪声、力值、流量和平行度等近10项参数。

2.4 量程范围宽

有的参数涉及的量程范围较宽。如电压达到5000V高压；压力测量范围从-60kPa～40MPa，特别是小到60Pa的微压也需要精确计量；扭矩大到2000N·m；功率的测量范围从1mW～1000W，跨过了小功率、中功率和大功率的计量。这给建标工作带来很大困难，不仅建标成本高，而且技术难度大。对这些测量范围要求特殊的参数，建标方法还需深入研究。

2.5 检测项目多

新能源车辆检测线是综合计量检测系统，其仪器仪表性能，系统控制功能，压力装置、安全装置及防护装置的安全可靠性都需逐项检测，这些检测项目很多。具有计算机控制功能的各种专用测试设备中，有的设备检测项目也较多，计量检定的工作量较大。

2.6 计量重点突出

新能源车辆检测线计量从目的上来说一是提高计量检测能力，二是保证新能源车辆安全；从方法上来说，有较多的专用测试設备可以按照程序进行功能检查；从准确度要求来说，大多数参数的计量准确度要求不算很高，一般性的标准装置或计量设备就可满足要求。所以，新能源车辆检测线计量的重点应突出电磁学、光学、机械、几何学的精确计量，车载仪表的计量和安全防护装置的检测。

3 计量检定校准方案设计

利用现有标准，综合集成，研究综合智能计量检定系统，系统是一个以Windows XP系统为主控计算机，以PXI总线为核心，以适配器为接口装置，集采集、控制、处理、存储、分析和显示于一体的综合计量检测平台。系统的总体设计要求是：“标准化、自动化、通用化”。

3.1 标准化

要求能够覆盖维修检测设备所有的量值必须是可溯源的，以确保量值的准确、统一；软件硬件接口标准化，互换性强等。

3.2 自动化

采用具有总线功能的标准仪器模块作为计量校准的资源，通过程序和总线使所有的资源连接成一个整体，实现对被测部件的自动计量校准。

3.3 通用化

该计量校准系统要具有较强的扩展能力，在只更换部分测试软件和适配器的情况下，也能对其他种类维修检测设备进行计量测试。

本系统采用以PXI总线技术为核心的体系框架，网络控制光学专用计量标准，长度计量标准等，建立综合计量系统。

PXI总线选用国产化的PXI模块仪器为测试资源。作为一种专为工业数据采集与自动化应用量身定制的模块化仪器平台，PXI总线具备机械、电气、光学与电磁等多方面的专业特性。

4 方案详细设计

对新能源车辆检测线检测设备校准，首先要通过信号源模块产生标准的激励信号，并将此标准信号送入被检设备，再通过采集模块来检测设备输出的响应信号，并将此信号也送入主控计算机计算，通过对标准信号和设备输出信號进行比对，给出检定校准曲线，并以此为依据，对设备的工作状态做出评判，从而完成计量检定校准。

4.1 硬件系统的组成

根据对设备输入输出信号分析，系统的硬件组成主要包括测控计算机、PXI机箱、计量校准用测试资源、适配器、测试电缆和电源组件等，其组成框图如图1所示。

图1中测控计算机是整个校准系统的控制核心，其主要功能是控制各模块化仪器按逻辑次序和校准规程运作，并以良好的人——机界面显示校准结果和工作状态。它由PXI嵌入式控制器以及显示器、键盘、鼠标等外围设备组成，选用NI PXI一8184作为PXI嵌入式控制器。功能模块如下：

（1）模拟量输出模块用来模拟各种传感器以及偏角输出的直流模拟信号，以作为被检设备输入端的标准模拟激励信号。

（2）模拟量输入模块可作为系统的数据采集单元，用来检测被检设备的模拟输出。

（3）任意波形发生器模块可作为系统的频率信号输出单元，用来检测设备的频率信号。

（4）程控电阻模块可作为系统的电阻输出单元，用来检测被检设备的电阻量输出。

（5）数字I/O模块在该系统中有两种工作方式，可以模拟设备的状态，或者检测设备的数字输出，从而实现被检设备中某些报警信号和设备状态的校准需求。

（6）光学计量标准装置，用来完成光学部件的校准需求。

（7）长度计量标准装置，用来完成长度设备（游标卡尺、百分表、角度仪等）的校准需求。

适配器用来实现综合检测系统接口向被检定校准设备特定接口的转换。一方面将信号发生器输出的激励信号正确地输送到被检定校准设备，将设备输出的激励响应信号传送到信号分析模块；另一方面当激励和响应信号不满足测试需求时进行信号调理和阻抗匹配，保证被测设备和计量检定校准系统之间配合良好。

4.2 系统的软件设计

系统软件平台基于Windows XP操作系统，软件开发工具选用VC++。主要用来实现系统的测试、校准功能。根据硬件接口和软件应用性质，该测试系统软件可分为四大部分：计量检定测试、数据管理、软件二次开发和数据库分析系统。根据被计量设备的情况，计量测试方式分为自动计量和半自动计量两种。

参考文献

[1]庞湘萍，余雷鸣.基于VXI总线的飞机航姿设备综合测试诊断系统[J].计算机测量与控制，2005（7）：630-631.

[2]李润生.基于PXI总线的机载计算机通用测试系统的设计和实现[J].航空计算技术，2004（4）：54-56.