張 翔，楊光威，張順廣，居法云，陸云云

（1 中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081；2 北京航天測控技術(shù)開發(fā)公司，北京100037）

CRH3型動(dòng)車組采用的SIBAS32系統(tǒng)（帶32位微處理器的鐵路自動(dòng)化系統(tǒng)）是針對鐵路交通車輛而研發(fā)的一種模塊化控制系統(tǒng)，具有調(diào)整和邏輯控制功能，其主要應(yīng)用于牽引控制單元（TCU）和中央控制單元（CCU）上。TCU用于動(dòng)車組牽引變流器的控制、監(jiān)視和保護(hù)，實(shí)現(xiàn)列車合理有效的牽引和再生制動(dòng)。CCU負(fù)責(zé)動(dòng)車組的車輛控制、通訊和診斷，從外圍和列車總線（WTB）、車輛總線（MVB）讀取指令和信息，并向列車總線、車輛總線和外圍發(fā)送控制信號(hào)和反饋信息。

TCU和CCU均采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的功能被劃分成各個(gè)功能模塊，例如中央處理單元、通訊接口模塊和輸入輸出模塊。滿足用戶控制要求的模塊作為帶有面板的單元被安裝在標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)箱里，組成電子控制單元，從而實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化的生產(chǎn)，也為后期的運(yùn)行和維護(hù)提供了便利。在TCU、CCU及其中的電路板做出廠性能測試和定期維護(hù)時(shí)，需要對其進(jìn)行離線測試，目前國內(nèi)采用的測試儀器是分立儀器和測試工裝組成的半自動(dòng)測試臺(tái)，需要依靠人工操作儀器進(jìn)行測試，對測試人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗(yàn)都有較高的要求，存在誤操作、效率低、人力成本高等問題，嚴(yán)重影響了動(dòng)車組電子控制單元產(chǎn)品的國產(chǎn)化進(jìn)程和質(zhì)量。

為此，中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所與北京航天測控技術(shù)開發(fā)公司共同合作，歸納總結(jié)電子控制單元系統(tǒng)級(jí)和板級(jí)的測試需求，研制了一套基于先進(jìn)VXI總線的電子控制單元自動(dòng)測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了TCU、CCU整車及其板卡的離線自動(dòng)測試，有助于對其性能做出準(zhǔn)確的判斷，提高了測試效率，避免了人為失誤，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)測試以及故障診斷的自動(dòng)化。

1 測試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

CRH3型動(dòng)車組電子控制單元自動(dòng)測試系統(tǒng)遵從實(shí)用性、可靠性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性的原則，按照通用化、系列化、組合化的設(shè)計(jì)思想，以先進(jìn)的VXI測試總線設(shè)備為核心，輔以總線接口臺(tái)式儀器，采取通用硬件／軟件測試平臺(tái)的形式，實(shí)現(xiàn)具有較高性價(jià)比的自動(dòng)測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)主要由硬件平臺(tái)、系統(tǒng)軟件平臺(tái)和測試程序集TPS 3大部分組成。硬件平臺(tái)給測試任務(wù)提供物理資源。軟件平臺(tái)為測試程序提供開發(fā)、調(diào)試及運(yùn)行環(huán)境。TPS主要包括系統(tǒng)級(jí)TP、板級(jí)TP和自檢TP 3類，完成對被測對象軟、硬件設(shè)計(jì)和測試文檔的管理。測試系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

測試系統(tǒng)的總體功能是完成TCU、CCU及板級(jí)全部功能和性能指標(biāo)的性能檢測，并預(yù)留板級(jí)故障診斷測試的功能接口。

圖1 測試系統(tǒng)組成示意圖

2 測試系統(tǒng)硬件平臺(tái)

根據(jù)動(dòng)車組電子控制單元測試需求和系統(tǒng)費(fèi)效比，建立了以VXI測試總線為主，LAN總線和RS485總線為輔的開放總線測試體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

其中臺(tái)式儀器數(shù)字源表、數(shù)字示波器、波形發(fā)生器和功率放大器由計(jì)算機(jī)LAN口通過集線器HUB控制；程控電源和信號(hào)調(diào)理由RS485控制，VXI總線儀器通過零槽控制器的1394總線控制。系統(tǒng)資源通過通用測試適配器接口和專用適配器實(shí)現(xiàn)對組合的測試和自檢的執(zhí)行。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

硬件設(shè)備配置主要有：工控機(jī)、VXI測控組合、臺(tái)式測試儀器、直流程控電源、加電控制組合、調(diào)理組合、專用接口連接適配器組合（ICA）、通用測試接口適配器（ITA）、自檢裝置等。

其中主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制單元，是自動(dòng)化測試系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的程序統(tǒng)籌控制自動(dòng)測試系統(tǒng)的測試過程，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和記錄，以及運(yùn)用故障檢測知識(shí)，對工作狀態(tài)進(jìn)行判斷；VXI測控組合主要由VXI機(jī)箱和VXI總線儀器組成；臺(tái)式儀器主要由功率放大器、示波器、波形發(fā)生器和高精度數(shù)字源表來彌補(bǔ)VXI總線儀器在功能和使用上的不足；調(diào)理組合主要由64通道高壓繼電器開關(guān)、電阻負(fù)載、測試信號(hào)調(diào)理組成，為本系統(tǒng)專用測試資源；程控電源共6路，主要用于提供被測對象供電；加電控制組合用于系統(tǒng)供電控制，并提供過壓、過流保護(hù)；測試系統(tǒng)測試接口VPC主要包括ICA和ITA兩部分，測試適配器根據(jù)被測對象的測試需求分為組合測試適配器和電路板測試適配器兩種，用于以符合被測對象測試需求的方式提供系統(tǒng)的測試資源。在板級(jí)測試時(shí)，被測對象通過專用適配板與電路板測試適配器提供的測試資源適配，其中專用適配板主要用于適配一類或幾類電路板。

3 測試系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

3．1 軟件平臺(tái)的原理及組成

軟件平臺(tái)采用北京航天測控技術(shù)開發(fā)公司開發(fā)的Fault Doctor2．0電路板測試與故障診斷通用軟件平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對多種類型的電路板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的測試診斷開發(fā)與執(zhí)行。

本測試系統(tǒng)軟件平臺(tái)是一種面向信號(hào)的測試程序開發(fā)環(huán)境，采用軟總線、動(dòng)態(tài)加載、COM接口等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)儀器互換、測試參數(shù)庫、外掛模塊、運(yùn)行界面定制、TPS版本控制、多關(guān)鍵字查詢、分布式數(shù)據(jù)查詢等功能。軟件平臺(tái)具備獨(dú)立的TPS開發(fā)環(huán)境和TPS執(zhí)行環(huán)境，可完成電子設(shè)備系統(tǒng)級(jí)和板級(jí)產(chǎn)品的功能測試。同時(shí)，軟件平臺(tái)采用圖形化TPS編輯環(huán)境，提供一個(gè)通用開發(fā)環(huán)境，能夠完成不同類型系統(tǒng)級(jí)和板級(jí)的功能測試，提高了工作效率和開發(fā)質(zhì)量。

本系統(tǒng)軟件平臺(tái)在板級(jí)測試和系統(tǒng)級(jí)測試的工作原理如圖3所示。軟件平臺(tái)通過開發(fā)完成的板級(jí)TP和系統(tǒng)級(jí)TP控制相應(yīng)的測試儀器資源加載激勵(lì)和采集響應(yīng)完成測試。

軟件平臺(tái)從功能上主要由5大部分組成：TPS開發(fā)、TPS執(zhí)行、升級(jí)維護(hù)、平臺(tái)管理和統(tǒng)計(jì)分析，其示意圖如圖4所示。

TPS開發(fā)平臺(tái)主要完成系統(tǒng)級(jí)和板級(jí)的開發(fā)。開發(fā)平臺(tái)在提供圖形化的編程語言外，還提供TP開發(fā)所需的儀器、測試分析、注釋等工具。

圖3 軟件平臺(tái)測試原理

圖4 軟件平臺(tái)功能組成圖

TPS執(zhí)行平臺(tái)主要完成系統(tǒng)級(jí)和板級(jí)的執(zhí)行。執(zhí)行平臺(tái)對被測對象的TP分類管理，并提供相應(yīng)的管理工具（搜索等功能），可根據(jù)選擇的測試TP執(zhí)行相應(yīng)的操作完成測試，以報(bào)表的方式給出測試結(jié)論。

平臺(tái)升級(jí)維護(hù)主要完成軟件平臺(tái)的升級(jí)和維護(hù)，平臺(tái)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，在平臺(tái)升級(jí)和維護(hù)時(shí)，只需增加和修改相應(yīng)的COM組件，系統(tǒng)自動(dòng)完成軟件升級(jí)和維護(hù)，無需重新編譯。

平臺(tái)管理主要完成軟件平臺(tái)的管理，主要是指平臺(tái)安全管理。

統(tǒng)計(jì)分析主要完成測試數(shù)據(jù)的管理，包括查詢、分析和統(tǒng)計(jì)等功能。

3．2 TP開發(fā)流程設(shè)計(jì)

TP開發(fā)是軟件平臺(tái)的核心部分，TCU、CCU及電路板的每一項(xiàng)被測性能參數(shù)都體現(xiàn)在相應(yīng)的TP中，在完成了儀器的軟件封裝、形成COM組件后，TP開發(fā)主要分為以下3個(gè)步驟：

（1）被測對象分析

分析被測對象的需求，建立測試所需的信號(hào)通道，選擇性能檢測所需的激勵(lì)儀器資源和測量儀器資源，確定儀器使用的先后順序及合格判據(jù)范圍。

（2）TP編寫

依據(jù)被測對象的分析和適配器、轉(zhuǎn)接板的設(shè)計(jì)，在TP開發(fā)平臺(tái)中編寫界面及測試流程TP。

（3）TP測試

在TP編寫完成后，需要在開發(fā)環(huán)境中與硬件聯(lián)調(diào)，測試所編寫的TP是否可以完成對被測對象的性能檢測。

TP開發(fā)流程如圖5所示。

圖5 TP開發(fā)流程圖

軟件平臺(tái)TCU組合測試流程TP開發(fā)界面圖如圖6所示。

圖6 軟件平臺(tái)開發(fā)界面圖

3．3 測試結(jié)果的輸出

在測試流程TP開發(fā)完成后，就可以啟動(dòng)TPS的執(zhí)行平臺(tái)，對被測系統(tǒng)或板卡進(jìn)行功能檢測。在完成所有的檢測步驟后，軟件平臺(tái)會(huì)自動(dòng)輸出一份測試報(bào)告，詳細(xì)列舉所有的測試結(jié)果，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的診斷。功能測試報(bào)告實(shí)例如圖7所示。

4 結(jié)束語

CRH3型動(dòng)車組電子控制單元自動(dòng)測試系統(tǒng)充分發(fā)揮了VXI總線儀器的優(yōu)勢，除了能夠完成TCU、CCU組合和電路板的自動(dòng)性能測試，用于生產(chǎn)測試，還可以依靠測試與故障診斷通用軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)板級(jí)故障診斷測試，實(shí)現(xiàn)維修診斷測試。

圖7 功能測試報(bào)告實(shí)例

本系統(tǒng)軟硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)的擴(kuò)展性要求，大大提高了TCU、CCU及板級(jí)的測試精度和測試速度，是我國第一套國產(chǎn)化CRH3型動(dòng)車組電子控制單元自動(dòng)測試平臺(tái)，并能擴(kuò)展到機(jī)車以及城軌車輛領(lǐng)域其他型號(hào)列車的電子控制單元測試。