Utveckling av off-line testutrustning för elfordon baserad på MFC

Förord

Sedan uppfinningen av den första bilen av den tyske ingenjören Carl Benz i 1886, fordonsindustrin har genomgått över ett sekel av kontinuerlig utveckling. Bilar har i hög grad bidragit till den moderna civilisationen, ger bekvämlighet och ekonomisk tillväxt. Dock, de har också spelat en betydande roll i miljöförstöringen, särskilt genom luftföroreningar.

Från slutet av 1900-talet och framåt, med ökande oro för miljöskydd och energihållbarhet, uppmärksamheten har flyttats mot att mildra föroreningar orsakade av bilutsläpp. Traditionell förbränningsmotor (IS) fordon, som är beroende av petroleum och andra fossila bränslen, står inför en vändpunkt i sin utveckling. För närvarande, det finns ungefär 1 miljarder fordon över hela världen, och detta antal förväntas tredubblas 2050. Med tanke på den nuvarande konsumtionstakten, globala petroleumreserver beräknas räcka till ytterligare en 40 år. Denna situation belyser det akuta behovet av forskning och främjande av nya elfordon med energi (elbilar).

Ny energifordons (NEVs) hänvisar till bilar som helt eller delvis är beroende av elektrisk energi för att driva sina motorer. NEV:er delas i första hand in i tre kategorier: Batteri elektriska fordon (BEVs), Hybrid elfordon (HEVs), och bränslecellselektriska fordon (FCEVs). Den framtida riktningen för NEV-bilar förväntas vara helt elektriska BEV-bilar. Jämfört med konventionella ICE-fordon, elfordon är utrustade med avancerade elektroniska styrenheter (ECU:er) ansvarig för fordonsdrift och säkerhet. Nyckelstyrenheter inkluderar motorstyrenheten (MCU), Batterihanteringssystem (Bms), och fordonskontrollenhet (Vcu). Tillförlitligheten hos dessa ECU:er påverkar passagerarnas säkerhet direkt, vilket gör det avgörande att genomföra rigorösa inspektioner av alla elektriska komponenter, ledningsnät, och kontrollmoduler innan fordon lämnar fabriken.

Denna studie fokuserar på utvecklingen av ett EV off-line testsystem baserat på MFC (Microsoft Foundation-kurser) för att uppfylla kraven för moderna elbilars produktionslinjer.

1. Utvecklingsstatus för off-line fordonstestning

1.1 Status för inhemsk utveckling

Kinas bilindustri upplever snabb tillväxt, med ökande fordonsmodeller, produktionsvolym, och förbättrade kvalitetsstandarder. Från traditionella elektroniska styrsystem för fordon (såsom bränsleinsprutningssystem, krockkuddar, och låsningsfria bromssystem) till elsystem, integrationen av elektroniska enheter har blivit vanligare. Följaktligen, Testtekniken för off-line fordon har också utvecklats avsevärt. Moderna elektroniska kretsar har blivit mycket miniatyriserade och komplexa, gör testningen alltmer utmanande. För närvarande, flera metoder används för kretsinspektion:

1. Manuell visuell inspektion I de tidiga stadierna av fordonsutveckling, inspektioner utfördes i första hand manuellt med hjälp av visuella, auditiv, och taktila metoder. Dock, eftersom ytmonterade komponenter blev mer komplexa, manuell inspektion visade sig vara opålitlig och ineffektiv. Tillkomsten av micro ball grid array (BGA) paket och flip-chip-teknik gjorde manuell visuell inspektion opraktisk. Framsteg inom datorteknik har lett till betydande förbättringar av automatiserade testtekniker, möjliggör mer exakt och effektiv fordonsdiagnostik.
2. Optisk inspektionsteknik Automatiserad optisk inspektion (AOI) och automatisk röntgeninspektion (AXI) system har utvecklats för att komplettera manuell inspektion. Medan dessa tekniker hjälper till att identifiera defekter som är svåra att upptäcka visuellt, deras noggrannhet är fortfarande starkt beroende av bildbehandlingsalgoritmer, vilket kan leda till falska positiva eller negativa.
3. Funktionstestning Funktionstestning är avgörande för att verifiera prestandan hos ytmonterade enheter och miniatyriserade kretskort. Standardiseringen av testutrustning och virtuell instrumenteringsprogramvara har förbättrat universaliteten och flexibiliteten för funktionstestning, minska kostnaderna och förbättra effektiviteten.

1.2 Internationell utvecklingsstatus

Teknik för fordonstestning har utvecklats mycket i industrialiserade länder. 1950-talet markerade början på strukturerade diagnostiska metoder för fordon, och i slutet av 1960-talet, framsteg inom fysik, elektronik, och optik underlättade mer sofistikerade diagnostiska tekniker. Uppfinningen av mikroprocessorer på 1970-talet lade grunden för VCU-baserad diagnostik. Automatiserad fordonstestutrustning dök snart upp, integrera datainsamling, bearbetning, och resultatrapporteringsmöjligheter.

Under 1980-talet, fordonsdiagnostik såg ytterligare framsteg med introduktionen av mjukvaruintegrerade diagnossystem, möjliggör omfattande och automatiserad fordonsinspektion. Dessa framsteg eliminerade mänskliga misstag, avsevärt förbättra noggrannheten och effektiviteten. På 1990-talet, diagnostik ombord (OBD) system blev standard, tillåta fordon att rapportera sin driftstatus och upptäcka fel självständigt. 2000-talet bevittnade en expansion av diagnostiska möjligheter, inklusive prediktivt underhåll och felanalys, förbättra fordonssäkerheten och tillförlitligheten.

Utvecklade länder har till stor del institutionaliserat fordonstester, uppnå standardiserade grundteknologier. Den pågående trenden inom fordonsdiagnostik går mot större intelligens och automatisering. Framtida utveckling kommer att fokusera på prediktivt underhållssystem för att förbättra diagnostisk noggrannhet och tillförlitlighet.

2. Systemprincipanalys och övergripande design

2.1 Testprinciper

EV off-line testsystemet simulerar VCU-signaler via en övre dator, analyserar och dechiffrerar CAN-bussmeddelanden, identifierar fel, och ansluts till fordonets OBD-port för att upprätta en diagnostisk krets med sluten slinga. Testresultaten lagras sedan och överförs till off-line testsystemet för vidare bearbetning.

2.2 CAN-bussmottagning och kontroll

CAN-bussen sänder signaler med korta ramstrukturer, med varje ram som innehåller 8 bytes med data. Detta säkerställer höghastighetsöverföring och starka anti-interferensegenskaper. Systemet kan automatiskt koppla bort felaktiga noder för att förhindra nätverksomfattande störningar. Genom att utnyttja busstekniken, noder med lägre prioritet avviker från noder med högre prioritet, undvika busskonflikter. CAN-bussen tar emot olika signaler, inklusive statusindikatorer, motordata, och diagnostiska meddelanden, som används för att utveckla övervakningsprogram.

2.3 Hårdvaruanslutning

Testsystemet ansluter till fordonets CAN-buss för att behandla höghastighets- och låghastighetsdata. OBD-gränssnittet definieras enligt följande:

• KAN A: Stift 6 (KAN Hög) och Pin 14 (KAN Låg)
• KAN B: Stift 11 och Pin 12

En diagnoskabel med en OBD-kontakt i ena änden och dubbla DB9-kontakter i den andra underlättar anslutningen mellan fordonet och en industriell PC (IPC). IPC inkluderar ett CAN-kort för dataöverföring och mottagning, möjliggör heltäckande fordonsdiagnostik.

2.4 Testutrustningsinställning och övergripande process

Off-line testutrustningen installeras i slutet av produktionslinjen, möjliggör sömlös och effektiv testning. Testprocessen inkluderar följande steg:

1. Ansluter diagnoskabeln mellan testenheten och fordonets OBD-port.
2. Slå på systemet och starta diagnostikprogramvaran.
3. Upprätta kommunikation mellan CAN-gränssnittet och fordonsnätverket.
4. Genomför automatisk diagnostik och visar resultat i realtid.
5. Skriver ut testresultaten när de är klara.
6. Upprepa processen för efterföljande fordon.

Mjukvaran är uppdelad i tre moduler:

1. Grundläggande information – Registrerar fordonsdetaljer via streckkodsskanning.
2. Datavisning – Visar diagnostiska resultat med visuella indikatorer för felstatus.
3. Rapportutskrift – Genererar en sammanfattning av testresultaten.

3. Mjukvarudesign

Testmjukvaran fungerar på en industriell PC och ansluter till fordonet via CAN-kommunikation. Den följer Unified Diagnostic Services (UDS) protokoll (ISO 14229), som standardiserar utbytet av diagnostiska meddelanden mellan fordonet och extern testutrustning.

3.1 UDS kommunikationsmekanism

UDS-protokollet definierar en uppsättning diagnostiska tjänster, inklusive kommunikationshantering, dataöverföring, in-/utgångskontroll, och fjärraktiveringsrutiner.

3.2 Programvarutestmoduler

1. Felkodsavläsning och rensning
   • Rensar lagrade diagnostiska felkoder (DTC:er).
   • Hämtar och visar felkoder för analys.
2. Test av ställdon
   • Kräver säkerhetsverifiering.
   • Styr tillfälligt ställdon för funktionsbedömning.
3. VCU-datahämtning
   • Läser hård-/mjukvaruversioner, tillverkningsdatum, och PCB-identifierare.
4. Dataskrivning
   • Lagrar VIN och installationsdatum i VCU:ns EEPROM.

Slutsats

Det utvecklade systemet integrerar framgångsrikt felkodsdiagnostik, ställdontestning, Hämtning av VCU-data, och parameterskrivning, avsevärt förbättra testeffektiviteten och säkerställa EV-produktionskvalitet.