CN107943004B - 拖拉机动力换挡控制器的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拖拉机动力换挡控制器的测试系统。包括：PXI实时系统、电信号调理模块、故障注入模块和计算机；PXI实时系统根据测试场景产生换挡控制信号，故障注入模块在换挡控制信号中注入故障信息后传输给电信号调理模块，电信号调理模块对注入了故障的换挡控制信号进行调理后,传输给动力换挡控制器,动力换挡控制器根据换挡控制信号,按照自身的控制策略发出控制指令和信号并返回给PXI实时系统，计算机根据换挡控制信号、动力换挡控制器返回的控制指令和信号进行分析，获取故障工况测试结果。应用本发明的系统可以有效地对大马力拖拉机动力换挡控制器进行基于硬件在环的故障注入测试，测试结果可用于拖拉机动力换挡控制器可靠性的改进。

Description

拖拉机动力换挡控制器的测试系统

技术领域

本发明涉及控制器测试技术领域，尤其涉及一种拖拉机动力换挡控制器的测试系统。

背景技术

作为农业大国，大马力拖拉机在我国农业生产中有着举足轻重的作用。随着拖拉机电子化水平的提高，越来越多的拖拉机装备了动力换挡控制器，动力换挡控制器(动力换挡变速器控制单元)是电液式变速器系统的重要组成部分,与普通变速器控制单元所不同的是，它可实现无动力中断换挡，这对于低速作业的大马力拖拉机非常重要，可大大提高耕作的精细度。动力换挡控制器接收来自驾驶室的指令，同时采集转速等信息，驱动电液比例阀实现换挡和动力传递，是拖拉机动力系统的核心大脑,动力换挡控制器的性能直接影响整车的性能。

在动力换挡控制器的性能保证方面，合适的测试手段必不可少。故障注入测试作为验证动力换挡控制器在极限工况下性能的重要手段，在动力换挡控制器测试中必不可少。

目前对于汽车、卡车等公路车辆的控制器测试系统种类繁多，但是对于大马力拖拉机的动力换挡控制器进行测试的系统较少，这是由于：

1.拖拉机应用领域集中于农业；

2.大马力动力换挡拖拉机的档位较多，目前主流的档位数在36档级别，更大马力的档位数能达到128档，过多的档位造成了建模困难；

3.拖拉机工作环境恶劣，高温、粉尘等，这使得拖拉机控制器以及变速箱故障较多，故障模拟困难。

虽然大马力动力换挡控制器的研发和生产长期被国际巨头垄断，但国产化大马力拖拉机动力换挡的研究工作正在进行，已经完成了软件测试和模型测试，正进入控制器实物测试阶段。

现有技术中的第一种对大马力拖拉机的动力换挡控制器进行测试的方法包括：通过将动力换挡控制器装配实车，由驾驶员操纵拖拉机，在实际的各种场景中进行测试。

上述第一种对大马力拖拉机的动力换挡控制器进行测试的方法的缺点包括：对于快速更新的电子设备来说这种方法测试周期太长、成本太高，而且由于驾驶员的存在，考虑安全性，不能对动力换挡控制器进行故障注入测试。

现有技术中的第二种对大马力拖拉机的动力换挡控制器进行测试的方法包括：利用大型测试台通过两台电机模拟负载，将负载加载到动力换挡变速箱的输出，动力输入一台电机提供，通过上位机操纵动力换挡控制器，实现动力换挡控制器的测试。

上述第二种对大马力拖拉机的动力换挡控制器进行测试的方法的缺点包括：这种方法比较适合对变速箱等硬件设备进行测试，但对于动力换挡控制器等电子设备的测试依然显得周期长、成本高，而且由于实体变速箱等设备存在，故障注入测试存在操作困难、成本高等缺点。

发明内容

本发明的实施例提供了一种拖拉机动力换挡控制器的测试系统，以实现对拖拉机的动力换挡控制器进行有效的测试。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种拖拉机动力换挡控制器的测试系统，包括：PXI实时系统、电信号调理模块、故障注入模块和计算机；

所述PXI实时系统，用于根据测试场景产生拖拉机动力换挡控制器的换挡控制信号，将所述换挡控制信号传输给所述故障注入模块；

所述故障注入模块，用于根据所述测试场景选取故障仿真模型，根据所述故障仿真模型在所述PXI实时系统传输的换挡控制信号中注入故障信息，将注入了故障信息的换挡控制信号传输给电信号调理模块；

所述电信号调理模块，用于对所述故障注入模块传输的注入了故障的换挡控制信号进行调理处理，将调理后的换挡控制信号传输给动力换挡控制器；

所述动力换挡控制器，用于根据接收到的换挡控制信号按照自身的控制策略发出控制指令和信号，将所述控制指令和信号经过所述电信号调理模块、故障注入模块后返回给所述PXI实时系统；

所述PXI实时系统，还用于将所述换挡控制信号、所述动力换挡控制器返回的控制指令和信号传输给所述计算机；

所述计算机，用于根据换挡控制信号、所述动力换挡控制器返回的控制指令和信号进行分析，获取所述动力换挡控制器的测试结果。

进一步地，所述PXI实时系统包括PXI实时目标机、总线通信模块和信号采集与处理模块；

所述PXI实时目标机，用于通过以太网与计算机进行交互，通过PXI总线控制总线通信模块和信号采集与处理模块，管理各种测试仿真模型，运行测试场景对应的测试仿真模型，产生对所述动力换挡控制器进行场景测试的换挡控制信号和通信指令，通过PXI总线将所述换挡控制信号传输给所述信号采集与处理模块，通过PXI总线将所述通信指令传输给所述总线通信模块；

所述信号采集与处理模块，用于包括数字信号处理板卡、开关信号处理板卡、模拟信号处理板卡，所述数字信号处理板卡不处理CAN通信帧和RS232通信帧，每种板卡都通过指定线束与外部故障注入单元相应的接口连接，板卡之间设置隔离保护电路，信号采集与处理模块接收来自PXI实时目标机的换挡控制信号，所述数字信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制数字信号，通过指定线束将所述换挡控制数字信号传输给所述外部故障注入单元，所述模拟信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制模拟信号，通过指定线束将所述换挡控制模拟信号传输给所述外部故障注入单元，所述开关信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制开关信号，通过指定线束将所述换挡控制开关信号传输给所述外部故障注入单元，所述数字信号处理板卡、开关信号处理板卡、模拟信号处理板卡分别将采集的动力换挡控制器输出的数字信号、开关信号和模拟信号传输给PXI实时目标机；

所述总线通信模块，用于包括CAN总线通信板卡和RS232串行通信板卡，总线通信模块接收来自PXI实时目标机的通信指令，并按照通信指令发出CAN通信帧或者RS232串行通信帧给动力换挡控制器，将采集的来自动力换挡控制器的CAN通信帧或者RS232串行通信帧传输给PXI实时目标机。

进一步地，所述故障注入模块包括硬件故障注入单元和故障仿真模型管理单元；

所述硬件故障注入单元，用于与PXI实时系统中的PXI目标机通过PXI总线通信，根据所述测试场景选取所述故障仿真模型管理单元中存储的对应的故障仿真模型，根据所述故障仿真模型通过继电器的开关与闭合在所述PXI实时系统传输过来的换挡控制信号中注入故障信息，将注入了故障信息的换挡控制信号传输给电信号调理模块，所述换挡控制信号包括换挡控制数字信号、换挡控制模拟信号和换挡控制开关信号；

所述故障仿真模型管理单元，用于存储和管理各种故障仿真模型，所述故障仿真模型包括电液比例阀故障仿真模型、同步器故障仿真模型、离合器故障仿真模型、齿轮啮合故障仿真模型、传感器故障仿真模型和信号故障激励仿真模型。

进一步地，所述电信号调理模块包括数字信号调理电路、模拟信号调理电路、开关信号调理电路，以及数字信号调理电路对应的数字端子，模拟信号调理电路对应的模拟端子，开关信号调理电路对应的开关端子；

所述数字信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制数字信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配，所述信号调理处理包括TTL电平与CMOS电平转换、升压、降压和限流中的至少一项；

所述模拟信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制模拟信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配；

所述开关信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制开关信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配。

进一步地，所述的PXI实时目标机，还用于管理的测试仿真模型包括拖拉机仿真模型、工况仿真模型和故障仿真模型，所述工况仿真模块包括道路仿真模型、耕地仿真模型和耕具仿真模型，所述拖拉机仿真模型包括车体、负载、刹车控制系统、发动机、液力变矩器和变速箱；

所述工况仿真模块通过作用到拖拉机仿真模型，从而影响车体速度、发动机转速和牵引力，这些变化会通过PXI实时系统的输出信号反馈到动力换挡控制器，从而对所述动力换挡控制器进行动力不中断测试；

使用扭矩输入驱动所述拖拉机仿真模型产生车体速度，通过比较器判断所述车体速度的绝对值是否为0，如果是，所述比较器输出值0，否则，所述比较器输出值1，将产生的刹车控制信号乘以所述比较器的输出值，作为最终使用的刹车控制信号。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明可快速、全面、低成本、低风险的对大马力拖拉机动力换挡控制器进行基于硬件在环的故障注入测试，无需多余的硬件和负载箱，测试结果既可以用于动力不中断换挡控制策略的改进，也可用于控制器可靠性的改进，对于提高控制器质量具有巨大的意义。应用本发明的系统，可以有效地对大马力拖拉机动力换挡控制器进行基于硬件在环的故障注入测试，为农机动力换挡控制器领域测试电子化智能化打下了基础。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种对大马力拖拉机的动力换挡控制器进行测试的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种PXI实时系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电信号调理模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种故障注入模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种Simulink开发的传感信号故障仿真模型中的故障信号形式示意图；

图6为本发明实施例提供的一种拖拉机仿真模型的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种在AMESim中建立了根据速度反馈的刹车控制系统的实现流程图；

图8为本发明实施例提供的一种非通信数字信号、模拟信号和开关信号的电气故障注入工况测试结果的获取过程示意图；

图9为本发明实施例提供的一种非通信数字信号、模拟信号和开关信号的模型故障注入工况测试结果的获取过程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种通信类数字信号(包含CAN通信信号和RS232串行通信信号)电气故障注入工况测试结果的获取过程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例为大马力拖拉机的动力换挡控制器提供基于硬件在环的故障注入测试系统，解决以往的测试系统不能或者很难进行故障注入的问题，解决以往的故障注入测试系统测试工况中缺少大马力拖拉机工作工况问题，实现对大马力拖拉机动力换挡控制器各种极限工况下测试。

本发明实施例使用AMESim和Simulink联合建模，使用模块化建模方法，解决现有测试系统建模周期长、模型简化严重、精度低问题。

本发明实施例提供的一种对大马力拖拉机的动力换挡控制器进行测试的系统的结构示意图如图1所示，包括了PXI(PCI extensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)实时系统、电信号调理模块、故障注入模块、动力换挡控制器和计算机。其中故障注入模块包含了硬件故障注入单元和故障仿真模型。上述拖拉机可以为大马力拖拉机。

本发明测试的对象是大马力拖拉机的动力换挡控制器。PXI实时系统与动力换挡控制器电路连接，由计算机运行状态操作监控模块(上位机)通过以太网操控PXI实时系统，PXI实时系统运行模型为动力换挡控制器提供正常工况或者故障(极限)工况所需的信号和换挡指令，上述信号和换挡指令中的模拟、非通信数字和开关信号经过故障注入单元后进入电信号调理模块，经电信号调理模块调理后与动力换挡控制器进行交互，信号和指令中通信数字信号(包含CAN和RS232)经过故障注入单元后直接与动力换挡控制器进行交互。动力换挡控制器根据PXI实时系统提供的信号与指令，按照自身的控制策略发出控制指令和信号，指令和信号经过相同的线束返回PXI实时系统，PXI实时系统通过以太网将采集到的信息送入计算机中，上位机根据返回的信息进行分析，得出结论。

所述PXI实时系统，用于根据测试场景产生对所述动力换挡控制器进行测试的换挡控制信号，将所述换挡控制信号传输给所述故障注入模块；

所述故障注入模块，用于根据所述测试场景选取故障仿真模型，根据所述故障仿真模型在所述PXI实时系统传输过来的换挡控制信号中注入故障信息，将注入了故障信息的换挡控制信号传输给电信号调理模块；

所述电信号调理模块，用于对所述故障注入模块传输过来的注入了故障的换挡控制信号进行调理处理，将调理处理后的换挡控制信号传输给动力换挡控制器；

所述动力换挡控制器，用于根据接收到的换挡控制信号按照自身的控制策略发出控制指令和信号，将所述控制指令和信号经过所述电信号调理模块、故障注入模块后返回给所述PXI实时系统；

所述PXI实时系统，还用于将所述换挡控制信号、所述动力换挡控制器返回的控制指令和信号传输给所述计算机；

所述计算机，用于根据换挡控制信号、所述动力换挡控制器返回的控制指令和信号进行分析，获取所述动力换挡控制器的故障工况测试结果。

图2为本发明实施例提供的一种PXI实时系统的结构示意图，PXI实时系统包括PXI实时目标机、总线通信模块和信号采集与处理模块。

所述PXI实时目标机，用于作为下位机通过以太网与计算机中的上位机进行交互，通过PXI总线控制总线通信模块和信号采集与处理模块，管理各种测试仿真模型，运行测试场景对应的测试仿真模型，产生对所述动力换挡控制器进行场景测试的换挡控制信号和通信指令，换挡控制信号包含档位信号、传感信号和通信指令。通过PXI总线将所述换挡控制信号传输给所述信号采集与处理模块，通过PXI总线将所述通信指令传输给所述总线通信模块；

所述信号采集与处理模块，用于包括数字信号处理板卡(不处理CAN通信信号和RS232通信信号)、开关信号处理板卡、模拟信号处理板卡，每种板卡都通过指定线束与外部故障注入单元相应的接口连接，板卡之间设置隔离保护电路，信号采集与处理模块接收来自PXI实时目标机的换挡控制信号，所述数字信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制数字信号，通过指定线束将所述换挡控制数字信号传输给所述外部故障注入单元，所述模拟信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制模拟信号，通过指定线束将所述换挡控制模拟信号传输给所述外部故障注入单元，所述开关信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制开关信号，通过指定线束将所述换挡控制开关信号传输给所述外部故障注入单元，所述数字信号处理板卡、开关信号处理板卡、模拟信号处理板卡分别将采集的动力换挡控制器输出的数字信号、开关信号和模拟信号传输给PXI实时目标机；

所述总线通信模块，用于包括CAN总线通信板卡和RS232串行通信板卡，总线通信模块接收来自PXI实时目标机的通信指令，并按照通信指令发出CAN通信帧或者RS232串行通信帧给动力换挡控制器，将采集的来自动力换挡控制器的CAN通信帧或者RS232串行通信帧传输给PXI实时目标机。

图3为本发明实施例提供的一种电信号调理模块的结构示意图，电信号调理模块包括数字信号调理电路、模拟信号调理电路、开关信号调理电路，以及数字信号调理电路对应的数字端子，模拟信号调理电路对应的模拟端子，开关信号调理电路对应的开关端子。该模块用于实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配，具体的功能有TTL(Transistor-Transistor-Logic，晶体管逻辑电路)电平与CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)电平转换，升压、降压和限流。

所述数字信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制数字信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配，所述信号调理处理包括TTL电平与CMOS电平转换、升压、降压和限流中的至少一项；

所述模拟信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制模拟信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配；

所述开关信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制开关信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配。

图4为本发明实施例提供的一种故障注入模块的结构示意图，故障注入模块包含硬件故障注入单元和故障仿真模型。硬件故障注入单元和仿真模型互补实现完整的故障注入功能

所述硬件故障注入单元，用于与PXI实时系统中的PXI目标机通过PXI总线通信，根据所述测试场景选取所述故障仿真模型管理单元中存储的对应的故障仿真模型，根据所述故障仿真模型通过继电器的开关与闭合在所述PXI实时系统传输过来的换挡控制信号中注入故障信息，将注入了故障信息的换挡控制信号传输给电信号调理模块，所述换挡控制信号包括换挡控制数字信号、换挡控制模拟信号和换挡控制开关信号；

所述故障仿真模型管理单元，用于存储和管理各种故障仿真模型，所述故障仿真模型包括电液比例阀故障仿真模型、同步器故障仿真模型、离合器故障仿真模型、齿轮啮合故障仿真模型、传感器故障仿真模型和信号故障激励仿真模型。

上述各种故障信息包括短路故障信息、断路故障信息、对地短路故障信息和接触不良故障信息；故障仿真模型包括由AMESim软件开发的电液比例阀故障仿真模型、同步器故障仿真模型、离合器故障仿真模型、齿轮啮合故障仿真模型、传感器故障仿真模型和Simulink开发的信号故障激励仿真模型。

AMESim软件开发的故障仿真模型实现的一种方式为(适用于电液比例阀失效、油温过热、液压油泄漏、离合器和同步器打滑、液力变矩器失效、齿轮损坏等)，用AMESim打开正常模型，在parameter mode下将正常模型的某一parameter设定为global parameter,将设定好的模型编译为.dll文件，将模型导入到计算机中的Veristand软件(上位机一部分)中，通过Veristand UI Manager控件中的Numeric Control控件与AEMSim模型中的globalparameter对应起来，运行时通过Numeric Control改变模型的内部状态或变量值超出正常范围，就可将正常模型变为故障模型。

AMESim软件开发的故障仿真模型另一种实现的方式为(适用于转速传感器、油温传感器、位置传感器的故障)用AMESim打开正常模型，在parameter mode下将正常模型的parameter设定为global parameter,将设定好的模型编译为.dll文件，将文件导入到计算机中的Veristand软件(上位机一部分)中，将Simulink开发的信号故障激励仿真模型编译为.dll文件，通过Veristand system explorer的maping功能将两个模型映射起来，由Simulink模型激励AEMSim传感器模型产生故障。

Simulink开发的传感信号故障仿真模型中的故障信号形式示意图如图5所示，图5中包含了IS026262标准定义的信号故障形式，包括信号幅值超出范围、震荡、偏离和信号卡死故障。

测试仿真模型包括拖拉机仿真模型、工况仿真模型和故障仿真模型，拖拉机仿真模型和故障仿真模型中的电液比例阀故障仿真模型、同步器故障仿真模型、离合器故障仿真模型、齿轮啮合故障仿真模型、传感器故障仿真模型由AMESim开发，工况仿真模型由Simulink开发。

拖拉机仿真模型的结构示意图如图6所示，包括了车体、负载、刹车控制系统、发动机、液力变矩器、变速箱。

由于AMESim使用扭矩输入驱动拖拉机车体模型产生速度，所以刹车通常的实现方式为：停止驱动扭矩输入，刹车信号为1，驱动摩擦力矩生成模块(通常为Powertrain库中的Band Brake)产生极性与输入力矩相反的摩擦力矩，直到车体速度为0，但是由于AMESim元件相互作用的运行机理，这样的模拟刹车方式易导致仿真时发生车体速度为零后，继续输入刹车信号，车体速度会在零附近小幅波动的情况，这种情况会影响硬件在环仿真的精度，故本发明在AMESim中建立了根据速度反馈的刹车控制系统，实现流程图如图7所示。

通过持续比较速度绝对值与零的大小确定车体是否模拟停止，模拟停止则将来自上位机的刹车控制信号乘以零，这样即使操作人员继续输入，也不会发生模型车速零位震荡的情况。

工况仿真模块通过作用到拖拉机仿真模型，从而影响车体速度、发动机转速和牵引力，这些变化会通过PXI实时系统的输出信号反馈到动力换挡控制器，从而检测动力不中断的质量。工况仿真模块包括道路仿真模型、耕地仿真模型和耕具仿真模型(犁铧、播种机、旋耕机)，其中道路仿真模型通过设置不同滚动阻力实现，耕地仿真模型通过Simulink中的信号发生器实现，耕具仿真模型通过Simulink中惯性环节加信号发生器模拟实现。

计算机包括状态操作监控模块，状态操作监控模块包括Veristand Workspace、Veristand UI Manager和Veristand Stimulus Profile Editor，其中VeristandStimulus Profile Editor可控制Veristand Workspace和Veristand UI Manager的启动和停止，Veristand UI Manager中建立了硬件在环故障注入测试的控制界面，VeristandWorkspace中建立了模型和控制器状态监测界面。

状态操作监控模块根据PXI实时系统输出的换挡控制信号、动力换挡控制器返回的控制指令和信号进行分析，获取所述动力换挡控制器的故障工况测试结果。

由于测试故障种类过多，鉴于篇幅，这里仅选取典型信号举例说明获取故障工况测试结果的具体过程，其余过程按照被测试信号所属的分类查找，与列出的某个过程相同。

本发明实施例提供的一种非通信数字信号(不包含CAN通信信号和RS232串行通信信号)、模拟信号和开关信号的电气故障注入工况测试结果的获取过程如图8所示，处理过程包括；信号由故障注入单元对信号施加电气故障，构造出工况，电气故障包含了断线、短路、短接，接地、接线错误，经电信号调理模块调理完成电气特性匹配后，在保持PXI实时系统与动力换挡电控单元CAN通信和RS232串行通信正常的情况下，由PXI实时系统读取动力换挡电控单元发出的CAN通信和RS232串行通信信号，经以太网送入计算机后，计算机将读取的信号与预设的数据进行对比，对比的结果决定了该项测试是否通过，举例；测试中某一时刻速度传感信号出现了短路故障，该故障代号为A，其余信号正常，动力换挡控制器此时应通过CAN通信发出N帧信号，向整车控制单元报告故障A，计算机监控模块检测到此信号则此项测试通过，否则为不通过。

本发明实施例提供的一种非通信数字信号、模拟信号和开关信号的模型故障注入工况测试结果的获取过程示意图如图9所示，处理过程包括；在计算机监测模块中，通过Veristand将传感器信号模型与故障激励模型连接，构造故障传感器模型，故障传感器模型经PXI实时系统中目标机运行并控制信号发生与采集模块产生故障化的信号，信号经故障注入单元、电信号调理模块后送入动力换挡控制器，在保持PXI实时系统与动力换挡电控单元CAN通信和RS232串行通信正常的情况下，由PXI实时系统读取动力换挡电控单元发出的CAN通信和RS232串行通信信号，经以太网送入计算机后，计算机将读取的信号与预设的数据进行对比，对比的结果决定了该项测试是否通过，举例；测试中某一温度传感器出现了信号震荡故障，该故障代号为B，其余信号正常，动力换挡控制器此时应通过CAN通信发出N帧信号，向整车控制单元报告故障B，上位机监控模块检测到此信号则此项测试通过，否则为不通过。

本发明实施例提供的一种通信类数字信号(包含CAN通信信号和RS232串行通信信号)电气故障注入工况测试结果的获取过程示意图如图10所示，处理过程包括；通过故障注入单元将CAN通信信号和RS232串行通信信号各分为两路，N路和F路，N路不注入故障，用于监测，N路只接受信号不发送信号，F路注入电气故障，由PXI实时系统发出CAN通信和RS232串行通信信号，信号进入只进入F路，F路信号由故障注入单元对信号施加电气故障，构造出工况，电气故障包含了断线、短路、短接，接地、接线错误、终端电阻阻值变化，信号送入动力换挡控制器，其余信号正常的情况下由PXI实时系统采集信号，结果通过以太网送入上位机后，将读取的信号与预设的数据进行对比，对比的结果决定了该项测试是否通过，举例；测试中某一时刻CAN_F路通信信号出现了断路故障，该故障代号为D，其余信号正常，动力换挡控制器此时应保证换挡功能不受干扰并不断尝试与整机控制器进行沟通，动力换挡控制器发出的请求信号经CAN_N路送入PXI实时系统，由PXI实时系统送入上位机，监测模块检测到信号则此项测试通过，否则为不通过。

综上所述，本发明可快速、全面、低成本、低风险的对大马力拖拉机动力换挡控制器进行基于硬件在环的全面的故障注入测试，无需多余的硬件和负载箱，测试的结果既可以用于动力不中断换挡控制策略的改进，也可用于控制器可靠性的改进，对于提高控制器质量具有巨大的意义。本发明解决了大马力动力换挡控制器的硬件在环测试问题，为农机动力换挡控制器领域测试电子化智能化打下了基础。

本发明通过硬件故障注入技术和软件(模型)故障注入相结合，创造性地解决了以往控制器硬件在环测试中只能注入电气故障的问题，而且不用增加新的硬件。为控制器领域的硬件在环仿真功能进一步挖掘打开了新思路。

本发明通过AMESim模块化建模和Simulink理论推导建模相结合，提高建模速度，为拖拉机变速箱领域的建模开发提供了新思路。

本发明通过模拟仿真拖拉机各种不同工作工况，解决了以往车辆控制器领域的硬件在环仿真系统只能进行控制器行驶功能的验证的问题，结合硬件在环仿真平台，不仅可以验证动力换挡控制器的正常行驶功能，也可以验证控制器的作业功能，使得测试系统更加接近实际。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种拖拉机动力换挡控制器的测试系统，其特征在于，包括：PXI实时系统、电信号调理模块、故障注入模块和计算机；

所述PXI实时系统，用于根据测试场景产生拖拉机动力换挡控制器的换挡控制信号，将所述换挡控制信号传输给所述故障注入模块；

所述PXI实时系统包括PXI实时目标机、总线通信模块和信号采集与处理模块；其中，所述PXI实时目标机，用于通过以太网与计算机进行交互，通过PXI总线控制总线通信模块和信号采集与处理模块，管理各种测试仿真模型，运行测试场景对应的测试仿真模型，产生对所述动力换挡控制器进行场景测试的换挡控制信号和通信指令，通过PXI总线将所述换挡控制信号传输给所述信号采集与处理模块，通过PXI总线将所述通信指令传输给所述总线通信模块；所述的PXI实时目标机，还用于管理的测试仿真模型包括拖拉机仿真模型、工况仿真模型和故障仿真模型，所述工况仿真模块包括道路仿真模型、耕地仿真模型和耕具仿真模型，所述拖拉机仿真模型包括车体、负载、刹车控制系统、发动机、液力变矩器和变速箱；所述工况仿真模块通过作用到拖拉机仿真模型，从而影响车体速度、发动机转速和牵引力，这些变化会通过PXI实时系统的输出信号反馈到动力换挡控制器，从而对所述动力换挡控制器进行动力不中断测试；使用扭矩输入驱动所述拖拉机仿真模型产生车体速度，通过比较器判断所述车体速度的绝对值是否为0，如果是，所述比较器输出值0，否则，所述比较器输出值1，将产生的刹车控制信号乘以所述比较器的输出值，作为最终使用的刹车控制信号；

所述信号采集与处理模块，用于包括数字信号处理板卡、开关信号处理板卡、模拟信号处理板卡，所述数字信号处理板卡不处理CAN通信帧和RS232通信帧，每种板卡都通过指定线束与外部故障注入单元相应的接口连接，板卡之间设置隔离保护电路，信号采集与处理模块接收来自PXI实时目标机的换挡控制信号，所述数字信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制数字信号，通过指定线束将所述换挡控制数字信号传输给所述外部故障注入单元，所述模拟信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制模拟信号，通过指定线束将所述换挡控制模拟信号传输给所述外部故障注入单元，所述开关信号处理板卡根据所述换挡控制信号产生换挡控制开关信号，通过指定线束将所述换挡控制开关信号传输给所述外部故障注入单元，所述数字信号处理板卡、开关信号处理板卡、模拟信号处理板卡分别将采集的动力换挡控制器输出的数字信号、开关信号和模拟信号传输给PXI实时目标机；

所述总线通信模块，用于包括CAN总线通信板卡和RS232串行通信板卡，总线通信模块接收来自PXI实时目标机的通信指令，并按照通信指令发出CAN通信帧或者RS232串行通信帧给动力换挡控制器，将采集的来自动力换挡控制器的CAN通信帧或者RS232串行通信帧传输给PXI实时目标机；

所述故障注入模块，用于根据所述测试场景选取故障仿真模型，根据所述故障仿真模型在所述PXI实时系统传输的换挡控制信号中注入故障信息，将注入了故障信息的换挡控制信号传输给电信号调理模块；

所述电信号调理模块，用于对所述故障注入模块传输的注入了故障的换挡控制信号进行调理处理，将调理后的换挡控制信号传输给动力换挡控制器；

所述动力换挡控制器，用于根据接收到的换挡控制信号按照自身的控制策略发出控制指令和信号，将所述控制指令和信号经过所述电信号调理模块、故障注入模块后返回给所述PXI实时系统；

所述PXI实时系统，还用于将所述换挡控制信号、所述动力换挡控制器返回的控制指令和信号传输给所述计算机；

所述计算机，用于根据换挡控制信号、所述动力换挡控制器返回的控制指令和信号进行分析，获取所述动力换挡控制器的测试结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述故障注入模块包括硬件故障注入单元和故障仿真模型管理单元；

所述硬件故障注入单元，用于与PXI实时系统中的PXI目标机通过PXI总线通信，根据所述测试场景选取所述故障仿真模型管理单元中存储的对应的故障仿真模型，根据所述故障仿真模型通过继电器的开关与闭合在所述PXI实时系统传输过来的换挡控制信号中注入故障信息，将注入了故障信息的换挡控制信号传输给电信号调理模块，所述换挡控制信号包括换挡控制数字信号、换挡控制模拟信号和换挡控制开关信号；

所述故障仿真模型管理单元，用于存储和管理各种故障仿真模型，所述故障仿真模型包括电液比例阀故障仿真模型、同步器故障仿真模型、离合器故障仿真模型、齿轮啮合故障仿真模型、传感器故障仿真模型和信号故障激励仿真模型。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电信号调理模块包括数字信号调理电路、模拟信号调理电路、开关信号调理电路，以及数字信号调理电路对应的数字端子，模拟信号调理电路对应的模拟端子，开关信号调理电路对应的开关端子；

所述数字信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制数字信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配，所述信号调理处理包括TTL电平与CMOS电平转换、升压、降压和限流中的至少一项；

所述模拟信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制模拟信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配；

所述开关信号调理电路，用于对所述硬件故障注入单元传输过来的换挡控制开关信号进行信号调理处理，实现动力换挡控制器与PXI实时系统的电气特性匹配。