胡艷君，　董世鋼,　張　磊

(1.大陸汽車電子(長(zhǎng)春)有限公司 測(cè)試工程部, 吉林 長(zhǎng)春　130000；2.長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等專科學(xué)校 機(jī)械工程學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春　130011)

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基于Keysight設(shè)備的汽車電子測(cè)試系統(tǒng)

胡艷君1，董世鋼2,張磊1

(1.大陸汽車電子(長(zhǎng)春)有限公司 測(cè)試工程部, 吉林 長(zhǎng)春130000；2.長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校 機(jī)械工程學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春130011)

摘要：設(shè)計(jì)了一種汽車電子測(cè)試系統(tǒng),以安全氣囊控制單元(ECU)作為測(cè)試實(shí)例，詳細(xì)闡述了軟硬件的設(shè)計(jì)，完成了安全氣囊控制單元撞擊場(chǎng)景的模擬測(cè)試。

關(guān)鍵詞：汽車電子; 測(cè)試系統(tǒng);TS-5400

0引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)得以應(yīng)用到汽車領(lǐng)域。汽車更新?lián)Q代的很大一部分正是得益于電子設(shè)備的加入,使汽車的安全性、舒適性、操作性方面都得到前所未有的提高[1]。同時(shí),由于電子技術(shù)的不斷加入,使得汽車電子生產(chǎn)和測(cè)試的復(fù)雜度大大增加,需要汽車電子零部件廠商供應(yīng)百分之百合格的汽車電子產(chǎn)品,還需要對(duì)每一個(gè)汽車電子產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，并長(zhǎng)期保留測(cè)試結(jié)果。要求在導(dǎo)入國(guó)外或國(guó)內(nèi)的測(cè)試技術(shù)和設(shè)備時(shí),測(cè)試設(shè)備需具有高穩(wěn)定、高標(biāo)準(zhǔn)化、高網(wǎng)絡(luò)化、功能全面的屬性,以及為生產(chǎn)線操作人員提供簡(jiǎn)單易懂顯示界面等特點(diǎn)[2]。Keysight公司的TS-5400測(cè)試系統(tǒng)硬件集成了可編程電源、可編程開關(guān)矩陣卡、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)、傳感器模擬箱等組件，軟件是基于Keysight自行研發(fā)的測(cè)試軟件TestExecSL，此軟件語(yǔ)法簡(jiǎn)單、編寫容易，無需技術(shù)人員學(xué)習(xí)語(yǔ)言復(fù)雜的語(yǔ)法邏輯，能夠?yàn)椴僮魅藛T提供便于操作的人機(jī)交互界面。因此，該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、豐富的擴(kuò)展性、網(wǎng)絡(luò)的共享性、操作的簡(jiǎn)便易行性等優(yōu)勢(shì)。文中以安全氣囊控制單元(ECU)為例，使用Keysight公司的TS-5400功能測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)安全氣囊控制單元在汽車碰撞場(chǎng)景下進(jìn)行模擬測(cè)試(以下稱為碰撞測(cè)試)，測(cè)試過的產(chǎn)品完全滿足客戶需求。

1系統(tǒng)方案

該測(cè)試系統(tǒng)硬件集成了可編程電源、可編程的開關(guān)矩陣卡、可編程的測(cè)試儀器儀表板卡主機(jī)(Mainfram)、IPC、傳感器模擬箱等模塊。其模塊間的連接都是GPIB、PCI、VXI、并口等標(biāo)準(zhǔn)的總線接口；使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的VISA通信協(xié)議，可單獨(dú)更換模塊或板卡。

測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)[3]如圖1所示。

圖1整體架構(gòu)圖

測(cè)試過程要模擬ECU實(shí)際碰撞的工作環(huán)境，把加速度和壓力傳感器同時(shí)連接到ECU產(chǎn)生震動(dòng)的系統(tǒng)中，即固定到一個(gè)夾具上,為ECU提供模擬的外部負(fù)載。此系統(tǒng)“硬件設(shè)備層”是以TS-5400最重要的硬件組成部分，其中的程控電源為整個(gè)系統(tǒng)供電。當(dāng)測(cè)試開始時(shí)，系統(tǒng)里的loadbox模塊會(huì)連接ECU需要的通道，把需要的信號(hào)引進(jìn)來，之后Mainfram模塊里的波形發(fā)生器板卡產(chǎn)生震動(dòng)波形信號(hào)輸出給震動(dòng)機(jī)，震動(dòng)機(jī)帶動(dòng)產(chǎn)品模擬碰撞場(chǎng)景。當(dāng)震動(dòng)完成后，Mainfram模塊自動(dòng)地把引爆信號(hào)采集回來經(jīng)過硬件驅(qū)動(dòng)層傳給IPC分析處理，它是整個(gè)測(cè)試過程的控制中心，處理所有的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。此系統(tǒng)的“測(cè)試管理層”利用TestExecSL軟件完成控制和測(cè)試的邏輯時(shí)序，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和相應(yīng)報(bào)告的生成。

本系統(tǒng)的測(cè)試難點(diǎn)是對(duì)信號(hào)的采集。一般ECU的點(diǎn)火信號(hào)多達(dá)36個(gè)引爆回路，每個(gè)回路又有正、負(fù)極，并且輸出的轉(zhuǎn)換電壓值一般高達(dá)30V左右，而當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí),ECU輸出的信號(hào)是非常短暫的，通常以毫秒計(jì)算，所以數(shù)據(jù)采集儀器必須具有多獨(dú)立采樣通道、寬范圍電壓測(cè)試量程、采集速度快，并能夠通過設(shè)置自動(dòng)觸發(fā)采集信號(hào)功能。而這些都是普通程控萬用表很難達(dá)到的指標(biāo)。本系統(tǒng)采用以VXI為總線的VM2616數(shù)字采集卡，具有16bit分辨率，100kSa/s采樣率，兩塊板卡共有96個(gè)通道，完全能夠滿足產(chǎn)品碰撞模擬測(cè)試測(cè)量。

2硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)[4]如圖2所示。

要對(duì)ECU進(jìn)行碰撞功能測(cè)試,首先就要模擬ECU實(shí)際碰撞的工作環(huán)境，當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí),ECU能夠發(fā)出引爆信號(hào)。這需要將壓力傳感器、加速度傳感器和負(fù)載電阻(模擬實(shí)際的安全氣囊阻值)這些負(fù)載都安裝到帶動(dòng)ECU震動(dòng)的夾具上。IPC通過程序控制實(shí)時(shí)地電源輸出，為產(chǎn)品提供電信號(hào)，同時(shí)控制TS-5400功能測(cè)試系統(tǒng)把震動(dòng)波形數(shù)據(jù)發(fā)送給震動(dòng)機(jī)帶動(dòng)產(chǎn)品啟震，從而模擬現(xiàn)實(shí)的汽車碰撞場(chǎng)景，并把碰撞信號(hào)采集回傳給IPC供其分析處理。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊即通過CAN或K-LINE卡對(duì)電平信號(hào)轉(zhuǎn)換，為IPC和ECU的實(shí)時(shí)通信做保證。

圖2硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1TS-5400測(cè)試系統(tǒng)

TS-5400測(cè)試系統(tǒng)為測(cè)試的主體，有兩個(gè)主要的組成部分Mainfram、Loadbox。Mainfram是測(cè)試的核心部分，內(nèi)部安裝各種可插拔的VXI卡，本系統(tǒng)主要用到了波形發(fā)生器6173、數(shù)據(jù)采集卡VM2616和VXI接口卡。Loadbox是一個(gè)swtich矩陣開關(guān)，能夠?qū)崟r(shí)的切換各個(gè)通道，可以把電源或數(shù)據(jù)信號(hào)切換到相應(yīng)的產(chǎn)品引腳，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的通斷控制。

2.2程控電源

程控電源為產(chǎn)品提供正常工作的電信號(hào)，能夠感知電信號(hào)的虧損并及時(shí)地補(bǔ)償，保證產(chǎn)品能夠得到準(zhǔn)確的電信號(hào)。將程控電源固定到TS-5400的機(jī)架上，通過GPIB總線和IPC進(jìn)行連接；IPC根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的VISA協(xié)議[5]，通過TestExecSL軟件把相應(yīng)的控制命令發(fā)送給可編程電源，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

2.3信息轉(zhuǎn)化模塊

信息轉(zhuǎn)化模塊主要完成IPC和ECU通信電平協(xié)議的轉(zhuǎn)化，大多數(shù)的汽車電子控制單元主要是以K-LINE、LINE、CAN總線進(jìn)行通信[6]，文中采用了CSM公司的UNI-COMII+,其內(nèi)部集成了CAN、K-LINE、Flexray、J1850等協(xié)議，文中主要是CAN通信。

2.4IPC

IPC作為測(cè)試過程中樞，完成軟件的編寫、數(shù)據(jù)的生成和人機(jī)界面的交互。

測(cè)試系統(tǒng)的硬件外觀如圖3 所示。

圖3　硬件外觀圖

TS-5400功能測(cè)試系統(tǒng)通過簡(jiǎn)單的改動(dòng)或改建就可以測(cè)試其它的汽車電子控制單元，如ABS、ESP、助力轉(zhuǎn)向、儀表控制單元等，并可實(shí)現(xiàn)多個(gè)產(chǎn)品同時(shí)的測(cè)試，節(jié)省大量的測(cè)試時(shí)間。

整個(gè)的信號(hào)流向如圖4所示。

圖4信號(hào)流圖

IPC通過TestExecSL軟件把加速度波形數(shù)據(jù)通過VXI總線發(fā)送到Mainframe里的波形發(fā)生器，由波形發(fā)生器把震動(dòng)波形傳輸?shù)秸饎?dòng)機(jī)，再由震動(dòng)機(jī)按照加速度波形帶動(dòng)ECU啟震(最大加速度是31.8g)，ECU產(chǎn)生的引爆安全氣囊點(diǎn)火信號(hào)會(huì)傳輸給Mainframe里的VM2616。VM2616會(huì)根據(jù)設(shè)置的自動(dòng)出發(fā)的方式把采集的數(shù)據(jù)回傳給IPC，最后IPC經(jīng)過TestExecSL軟件分析處理得到ECU的點(diǎn)火信號(hào)，再跟標(biāo)準(zhǔn)的上下限值來判斷此信號(hào)是否能夠合格。測(cè)試設(shè)備還配備一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加速度傳感器(每年定期校準(zhǔn))和產(chǎn)品一起啟震,并把標(biāo)準(zhǔn)的加速度信號(hào)采集回來，通過此標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來判斷震動(dòng)機(jī)是否能夠滿足本系統(tǒng)的震動(dòng)強(qiáng)度需求，這樣就形成了一個(gè)更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確的閉環(huán)系統(tǒng)[7]。

3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要具有完成設(shè)備的初始化、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的調(diào)用和存儲(chǔ)、震動(dòng)設(shè)備的控制、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的采集、分析和生成報(bào)告等功能[8]。由于TestExecSL軟件語(yǔ)法簡(jiǎn)單，并且是順序執(zhí)行，所以可以將軟件的實(shí)現(xiàn)分為4個(gè)部分，即初始化、測(cè)試主程序、關(guān)閉相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備資源和人機(jī)交互界面,軟件流程如圖5所示。

圖5　軟件流程圖

3.1初始化

初始化主要是通過調(diào)用dll完成設(shè)備硬件的初始化、網(wǎng)盤數(shù)據(jù)的讀取和人機(jī)交互的建立。

3.2主程序

整個(gè)控制邏輯的實(shí)現(xiàn)，包括震動(dòng)機(jī)的控制和對(duì)ECU命令的發(fā)出，以及對(duì)采集回來的數(shù)據(jù)分析處理等功能。

3.3關(guān)閉相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備

電控單元測(cè)試完成后關(guān)斷電源，回收CAN線等一些硬件資源。

3.4人機(jī)交互界面

為操作人員提供直觀的產(chǎn)品是否通過，并顯示相應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)。通過人機(jī)交互界面可以根據(jù)相關(guān)的需要來進(jìn)行配置，產(chǎn)生需要的各種文檔和報(bào)告，簡(jiǎn)單易操作的同時(shí)還具有很好的通用性和擴(kuò)展性。

TestExecSL最大的特點(diǎn)是順序執(zhí)行,這決定了其程序邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單,雖然語(yǔ)法類似于C語(yǔ)言，但控制語(yǔ)句要少得很多。即使剛接觸的人也不需要花費(fèi)過多時(shí)間去了解復(fù)雜的語(yǔ)言本身知識(shí)。TestExecSL的編寫環(huán)境如圖6所示。

圖6　編輯調(diào)試界面

TestplanHierarchy是主程序的編寫區(qū)，TestProperties是測(cè)試屬性的主要參數(shù)配置區(qū)，其它的窗口是為調(diào)試時(shí)所使用。

人機(jī)操作界面如圖7所示。

此界面能同時(shí)測(cè)試兩個(gè)產(chǎn)品的測(cè)試程序，能夠?yàn)樯a(chǎn)線操作人員提供非常簡(jiǎn)潔直觀的產(chǎn)品能否通過的信息。出現(xiàn)紅色的“×”為位置1，產(chǎn)品沒有通過測(cè)試，并顯示在主程中的錯(cuò)誤ID號(hào)1007_309通過此ID就能夠直接找到錯(cuò)誤的原因。綠色的“√”為通過產(chǎn)品，可以直接轉(zhuǎn)到下一個(gè)崗位或完成包裝。

圖7　人機(jī)操作界面

4結(jié)語(yǔ)

采用Keysight公司的TS-5400功能測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試安全控制氣囊控制單元，驗(yàn)證碰撞功能的測(cè)試是否合格。其硬件方面集成了遵循國(guó)際上標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議的獨(dú)立測(cè)試模塊，具有穩(wěn)定、精確、獨(dú)立等特性。軟件語(yǔ)法簡(jiǎn)單、操作界面簡(jiǎn)潔，容易操作，為跨國(guó)企業(yè)的產(chǎn)品快速導(dǎo)入提供了很大的方便。系統(tǒng)還能夠快速的通過簡(jiǎn)單的操作獲得想要的各種測(cè)試報(bào)告。實(shí)踐證明，系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性、很高的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，維修和維護(hù)人員能夠快速地定位問題產(chǎn)生的原因，節(jié)省了大量的維修時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

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Automobileelectronictestsystembasedonkeysight

HUYanjun1,DONGShigang2,ZHANGLei1

(1.ContinentalAutomotiveCorporation(LYG)Co.Ltd.,Changchun130000,China;2.SchoolofMechatronicEngineering,ChangchunAutomobileIndustryInsititute,Changchun130011,China)

Abstract：Anautomobileelectronictestsystemisdesigned,whichincludesboththesoftwareandhardware.Takinganairbagcontrolunit(ECU)asanexample,thecollisiontestissimulated.

Keywords：autoelectronic;testsystem;TS-5400.

收稿日期：2016-02-15

作者簡(jiǎn)介：胡艷君(1979-)，男，漢族，吉林九臺(tái)人，大陸汽車電子(長(zhǎng)春)有限公司工程師，碩士，主要從事信號(hào)與信息處理方向研究,E-mail:Yanjun.Hu@continental-corporation.com.

DOI:10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.3.16

中圖分類號(hào)：U467.13

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-1374(2016)03-0287-05