汽车试验用测控系统平台化设计方案与工程实例

摘要

2008年发生的金融危机对全球汽车行业产生了巨大的影响，北美与欧洲市场不断告急，出现了通用破产等一系列事件。然而中国得益于经济的高速发展，汽车市场异常繁荣，福特、大众等汽车巨头将亚太中心转移到中国，同时新建工厂提高产能，势图占有更高的市场份额，可见中国将是未来全球汽车市场的主战场。相比之下，我国在汽车设计、制造能力和管理水平方面相对落后，其中落后的试验能力是重要的一点，因此中国汽车品牌的影响力远远不及丰田、大众等知名品牌。现在国内汽车制造商对汽车试验的重视程度不够，试验方法不够完善和准确。虽然国内汽车试验设备价格低廉，但是试验精度、稳定性等都比较差，因此提高汽车试验设备的水平对我国汽车技术的发展有着十分重要的意义。
　　 本论文以汽车试验为出发点，研究了汽车试验及其设备测控系统的特点，提出了测控系统的硬件和软件平台化方案，主要研究内容包括：
　　 1、汽车试验及测控系统研究。论文首先分析了汽车试验的组织、设计和实施及数据分析方法，根据汽车的结构将试验分为整车试验、总成试验和元件试验，然后对其进行了分析，概括了试验进行的依据和内容，对典型试验的试验指标、试验原理和试验方法进行了剖析，最后分析了汽车测试技术，并总结了其特点及误差分析方法。
　　 2、测控系统平台化方案。论文在总结系统常用架构方法的基础之上，设计了一种快捷集成系统的方案。方案包括机械箱体设计、扩展的PC104总线、外围调理模块和处理器平台，另外分析了嵌入式实时操作系统，并总结了移植方案。
　　 3、测控系统的软件设计。此部分是本文的主要部分，以需求变化的观点设计了软件框架，然后详细设计了框架中的各个模块，包括流程、接口定义等，最后通过设计SCPI命令解释器提高了系统的兼容性。
　　 4、监控系统软件设计。方案架构设计了主机的监控软件与数据分析软件，将监控软件分为三层，通过接口技术屏蔽硬件平台的差异，提高了软件代码的可重用性和可扩展性。
　　 本论文针对汽车试验设备设计了测控系统的平台化方案，并设计了监控主机的软件框架，使系统具有可重用性和兼容性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本课题的背景和意义

1.2 发展状况

1.2.1 国外发展状况

1.2.2 国内发展状况

1.3 课题发展与内容

1.3.1 本论文的提出

1.3.2 主要研究内容

1.4 论文章节安排

第二章 汽车试验

2.1 试验概论

2.1.1 试验的组织与实施

2.1.2 试验设计

2.1.3 试验数据处理

2.2 汽车试验分析

2.2.1 汽车试验分类

2.2.2 整车性能试验

2.2.3 发动机性能试验

2.2.4 底盘性能试验

2.2.5 电子电气设备试验

2.2.6 安全设备试验

2.2.7 元件试验

2.3 汽车测试技术

2.3.1 传感器技术

2.3.2 试验误差

2.3.3 测控系统一般结构

2.4 本章小结

第三章 测控平台设计

3.1 系统设计架构

3.1.1 单层系统

3.1.2 双层系统

3.1.3 多层系统

3.2 硬件平台化方案

3.2.1 箱体结构

3.2.2 基于PC104的底板设计

3.2.3 外围板的设计

3.3 嵌入式处理器模块

3.3.1 x86架构平台

3.3.2 ARM架构平台

3.3.3 平台对比

3.4 实时软件平台

3.4.1 实时系统及特点

3.4.2 嵌入式实时操作系统

3.4.3 性能分析

3.4.4 系统移植

3.5 本章小结

第四章 测控系统软件设计

4.1 基本软件框架

4.1.1 软件重用

4.1.2 软件方案

4.2 软件结构的详细设计

4.2.1 底层模块

4.2.2 功能模块

4.2.3 虚拟操作者

4.2.4 监控接口

4.3 SCPI命令解释器

4.3.1 SCPI

4.3.2 SCPI解释器设计方案

4.4 本章小结

第五章 监控与分析软件设计

5.1 监控系统软件

5.1.1 工控软件的现状和发展

5.1.2 工控软件开发流程

5.1.3 监控软件要求

5.2 监控软件的设计

5.2.1 体系结构

5.2.2 业务控制层设计

5.2.3 具体控制层设计

5.3 数据分析软件的设计

5.4 本章小结

第六章 工程实例

6.1 同步器元件试验系统

6.1.1 系统结构

6.1.2 系统实现

6.1.3 数据分析

6.2 电子油门踏板试验系统

6.2.1 系统结构

6.2.2 系统实现

6.2.3 数据分析

6.3 本章小结

第七章 全文总结

7.1 总结

7.2 存在的问题及进一步解决方案

致谢

参考文献

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