王爽1 梁宇
1、北京中科泛华测控技术有限公司，北京市海淀区西小口路66号东升科技园北领地A4，100192
摘要：基于“柔性测试”技术的ETC耐久测试台适用于ETC的研发生产及耐久测试，通过PID控制实现对ETC电机的驱动与闭环控制，从而模拟ETC的实际使用工况，同时对ETC电机电流和传感器输入输出信号进行测量，并对结果进行显示、限值判断和数据存储。系统结构灵活可调，最多可同时测试16个ETC，且各被测件之间独立互不影响；平均一次实验长达1500到2000小时，并且需结合-40℃－150 ℃的环境温度实验，充分的验证ETC耐久性及可靠性，并适用于不同类型的ETC。
关键词：电子节气门（ETC），耐久实验，PID控制，自动化测试，温度老化
Abstract：ETC(Electronic Throttle valve Control System) Test Bench which is based on Flexible Testing Technology can apply for ETC aging and functional testing in Lab during R&D. The bench can simulate the ETC actual working condition by closed-loop control the ETC motor through PID, acquire and analyze the motor current signal and input/output signal of sensor, judge the limit value and display the results. This bench is flexible and adjustable, 16 ETCs in parallel testing and each one is compeletly independent. The average testing time length is up to 1500 ~ 2000 hours, combined with burn-in test range from -40 ℃ to 150 ℃. This bench can verify the quality and reliability of ETCs and fits different type of ETCs.
Keywords：ETC(Electronic Throttle valve Control System)，aging test, PID control, ATE, temperature burn-in test
1、背景
电子节气门（ETC），是将驾驶员“踩油门”的动作通过电子油门踏板转化成扭矩需求输入的系统部件。它取代了传统采用机械拉索控制节气门开度的方式，驾驶员不再直接控制节气门的开度，而是通过ETC控制系统综合考虑发动机的工况、汽车的行驶状态等，由ETC内部电机依据控制系统指令对节气门开度进行实时的调节。从而更易于实现怠速的稳定控制及巡航控制等，可以说ETC的性能好坏直接影响汽车的行车安全与驾驶体验，因此，汽车制造商、零部件生产商需要充分的对其各项指标进行精确测试以及性能耐久试验。
图1 ETC结构示意图，主要组成部分：阀体、驱动电机、节气门位置传感器等
图2系统外观
2、系统功能
系统上位机向SBRIO发送寿命曲线信息，在RT系统中产生波形数据，根据ETC传感器反馈信号，在FPGA内部进行PID闭环控制，输出一定占空比的PWM信号，驱动接口板中的H桥电路为ETC电机提供激励。系统中每一路都设有限流保护，试验中一个ETC发生故障时，系统可以进行有效的保护，不影响其它的ETC的试验。
关键测试与控制项：
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类别
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项目
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描述
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测试与控制项
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电机电流
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基于系统提供的各种设定的电压激励，实时采集电机电流并进行限值判断，超过限值时报警，报警到一定次数时，断开电机电压输入。
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传感器输入、输出
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ETC位置传感器输入信号，ETC位置传感器 1、2 输出信号。
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电机控制
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根据自定义寿命曲线，通过闭环控制输出PWM信号驱动ETC电机。
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信号采集
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ETC电机电流及传感器信号采集。
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通讯功能
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预留以太网口，用于设备与外部网络之间的通讯。
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辅助功能
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数据管理
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测试数据存储： 对报警时及之前5个周期的数据进行存储。
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图3系统框图
图4 软件界面
3、关键技术
设备接口板：接口板采用母板+子板的结构形式，一个母板可搭载8个子板，连接8个ETC。接口板的功能是接入SBRIO的控制信号，实现ETC电机和传感器供电的控制、PWM信号输出实现电机控制，以及传感器输出信号的调理，并将调理后的信号转接至SBRIO采集。H桥子板驱动能力达13A，并加入了死区时间、浪涌抑制等功能。
PID参数调节：由于ETC内部结构的原因，蝶阀的展开角度和电机PWM信号的占空比之间并非线性关系，需要通过PID进行实时调节。PID功能在SBRIO内的FPGA中实现。通过LabVIEW的PID模块实现多个ETC的分时控制，PID参数整定采用Ziegler-Nichols方法，由纯比例控制下的等幅振荡曲线，获得临界控制器增益 Kcu与临界振荡周期 Tu，再按公式得到正常工作下的控制器参数。
寿命曲线的编辑：为了满足ETC的寿命曲线可以自定义的要求，实现灵活、高效的创建寿命曲线，采取由基础波形元素分段创建再统一组合的方式。基础波形包括直线、正弦波、三角波、方波：直线可设置参数有起点值、斜率和持续时间；另外三种波形可设置参数有频率、幅值、相位、直流偏置和周期数。根据寿命曲线的特点进行分段，通过设置每一段波形的配置参数即可生成该段波形的数据，每段波形可以调节先后顺序，连接起来即可构成完整的寿命曲线。
设备校正工具：非标设备的校准，不能够按照仪器板卡的校准方法来实现。对于系统的校准，可以定做校准工具。
图5 寿命曲线的编辑
通过以上关键技术的应用，不仅实现了ETC性能与耐久测试的要求，并且最大限度的利用系统资源，实现16个ETC同时测试，各自独立互不影响，提高测试效率；通过FPGA层面对PID参数进行调节，使ETC电机对系统输入指令（即寿命曲线）进行快速及精确的响应；软件中对算法进行充分的优化，快速自定义的寿命曲线编辑，灵活、直观、易用，友好的人机交互，使研发人员可以方便的模拟不同工况。
4、结束语
由于目前各厂家针对ETC测试并没有统一的标准，要满足不同产品的测试需求，需要深刻理解ETC的工作原理，相应的测试系统具有较高的开发与调试难度。本系统不仅为ETC研发耐久测试提供了完整的解决方案，同时系统具有高度的灵活性与适应性，通过配合环境温度实验，对ETC在不同工况条件的性能进行耐久测试，全面的为产品的质量保驾护航。
