張效銘

摘 要：本文針對(duì)過(guò)去人工測(cè)試汽車(chē)儀表效率低的現(xiàn)狀，提出一種高效的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法。該方法將硬件在環(huán)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)相結(jié)合，能有效地模擬整車(chē)測(cè)試環(huán)境并完成被測(cè)電控單元的自動(dòng)化測(cè)試流程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)能實(shí)時(shí)模擬整車(chē)環(huán)境并通過(guò)智能相機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和視覺(jué)分析，用上位機(jī)控制整個(gè)檢測(cè)流程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在模擬實(shí)際運(yùn)行情況下對(duì)汽車(chē)儀表的自動(dòng)化檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：硬件在環(huán) 機(jī)器視覺(jué) 自動(dòng)化測(cè)試 模擬整車(chē)環(huán)境

一、研究背景

汽車(chē)行業(yè)是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，它自誕生以來(lái)，已經(jīng)有一百多年的歷史。傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和完善，已經(jīng)接近技術(shù)的極限，很難有更大的改進(jìn)余地。而法律對(duì)汽車(chē)排放、安全性能的強(qiáng)制規(guī)定以及顧客對(duì)汽車(chē)舒適性、安全性的更高要求，使汽車(chē)上的電控特征明顯增強(qiáng)，汽車(chē)電子部分已經(jīng)占整體汽車(chē)制造成本的20%～30%，正在蓬勃發(fā)展的新能源汽車(chē)對(duì)于電子系統(tǒng)的需求更是不言而喻。汽車(chē)電子系統(tǒng)在汽車(chē)中所占比重將越來(lái)越大，而作為汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中科技含量最高的部件ECU，則是電子裝置的核心，是利潤(rùn)最大的器件。過(guò)去的整車(chē)測(cè)試方法已很難滿(mǎn)足人們的需求。

一輛典型的現(xiàn)代轎車(chē)包含超過(guò)50個(gè)電子控制單元（ECU）。在這些電控單元中，儀表盤(pán)是汽車(chē)的重要組成部分，也是汽車(chē)正常行駛過(guò)程中不可缺少的關(guān)鍵配件，在汽車(chē)行駛過(guò)程中，儀表盤(pán)負(fù)責(zé)呈現(xiàn)汽車(chē)狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，主要包括車(chē)速里程表、轉(zhuǎn)速表、水溫表和燃油表及各種狀態(tài)指示燈等。早期的汽車(chē)儀表使用技術(shù)較為單一，基于機(jī)械作用力而工作的機(jī)械式儀表作為主要工作對(duì)象，機(jī)械式儀表盤(pán)只能為駕駛員提供汽車(chē)運(yùn)行中必要而又少量的數(shù)據(jù)信息，功能僅僅是單純的指示，外觀(guān)也比較單一，同時(shí)指示精度和指針平穩(wěn)性較差。隨著LED、LCD的大規(guī)模應(yīng)用，LED汽車(chē)儀表逐漸成為市場(chǎng)的主流，并快速向TFT屏顯示加步進(jìn)電機(jī)的方向發(fā)展。作為汽車(chē)在行駛過(guò)程中的狀態(tài)反饋界面，儀表盤(pán)是駕駛員在行駛過(guò)程中獲取汽車(chē)狀態(tài)的重要渠道，通過(guò)觀(guān)察儀表盤(pán)呈現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)，駕駛員可以判斷汽車(chē)在當(dāng)下的工作狀況，從而可以幫助駕駛員進(jìn)行正確的操作來(lái)確保駕駛的安全性和正確性。同時(shí)，儀表系統(tǒng)可與局域網(wǎng)相連，以便充分共享利用信息資源，方便通訊。包括對(duì)娛樂(lè)、空調(diào)等娛樂(lè)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)管的功能，可以有效地支持駕駛員對(duì)行駛車(chē)輛的操控。因此，對(duì)儀表盤(pán)各功能模塊的驗(yàn)證測(cè)試，已成為汽車(chē)整車(chē)測(cè)試中必不可缺的重要部分。

二、技術(shù)方法

為了能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)汽車(chē)儀表盤(pán)的自動(dòng)化測(cè)試，首先需要模擬一個(gè)真實(shí)的整車(chē)環(huán)境。硬件在環(huán)技術(shù)是一種基于模型仿真的新型測(cè)試方法。硬件在環(huán)技術(shù)是將車(chē)輛行為在虛擬的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種ECU的設(shè)計(jì)驗(yàn)證中。本文所述的汽車(chē)儀表盤(pán)測(cè)試驗(yàn)證方法的技術(shù)路線(xiàn)如圖1所示。它主要由基于硬件在環(huán)的實(shí)時(shí)仿真器、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)、低電壓仿真電源及自動(dòng)化測(cè)試軟件等4個(gè)部分組成。

1.實(shí)時(shí)仿真器

作為主控制單元，運(yùn)行模擬汽車(chē)儀表盤(pán)的仿真模型，以產(chǎn)生一個(gè)虛擬的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)被測(cè)電控單元進(jìn)行功能驗(yàn)證測(cè)試。

2.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)

代替人眼實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)組合儀表響應(yīng)的自動(dòng)檢測(cè)。主要是開(kāi)發(fā)圖像處理算法來(lái)實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別、字符識(shí)別（如里程表顯示）、色彩識(shí)別（如指示燈的狀態(tài)檢測(cè)）、位置識(shí)別（如車(chē)速表的速度指示）等。

3.低電壓仿真電源

用于產(chǎn)生模擬汽車(chē)運(yùn)行時(shí)電源低電壓的情況，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電控單元可靠性、魯棒性的測(cè)試。

4.自動(dòng)測(cè)試軟件

包括如下工作：提供控制界面，以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)，可選擇的單項(xiàng)測(cè)試操作;測(cè)試案例編寫(xiě);根據(jù)測(cè)試案例實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)試，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

三、實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)置

實(shí)時(shí)仿真器是基于xPC Target平臺(tái)設(shè)計(jì)，仿真模型的開(kāi)發(fā)在MATLAB/Simulink環(huán)境下完成。其中功能模型由Simulink結(jié)合Stateflow產(chǎn)生，接口模型和網(wǎng)絡(luò)模型由Simulink產(chǎn)生，外圍執(zhí)行模型由SimPower和SimMechanics產(chǎn)生。汽車(chē)儀表盤(pán)主要包括：

（1）報(bào)警指示燈;

（2）指針刻度表：車(chē)速表，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表，冷卻液溫度表，燃油表;

（3）液晶顯示：車(chē)輛狀態(tài)液晶顯示，駕駛信息液晶顯示，小計(jì)和累計(jì)里程液晶顯示，倒車(chē)?yán)走_(dá)液晶顯示，擋位液晶顯示;

（4）儀表背光照明;

（5）蜂鳴器提示音。

汽車(chē)啟動(dòng)后，軟件控制的報(bào)警指示燈將根據(jù)定義自檢，自檢方式為點(diǎn)亮3秒。步進(jìn)馬達(dá)控制儀表指針移動(dòng)，步進(jìn)馬達(dá)是由帶步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)端口的儀表微處理器驅(qū)動(dòng)的，微處理器控制步進(jìn)馬達(dá)的偏轉(zhuǎn)角度。步進(jìn)馬達(dá)的解析度為1/12度。步進(jìn)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)是均勻的、平穩(wěn)的，指針在任何情況下都不應(yīng)該出現(xiàn)跳躍、晃動(dòng)的現(xiàn)象。某型號(hào)汽車(chē)儀表盤(pán)各單元模塊的信號(hào)量控制方式如下表所示。

在系統(tǒng)通訊上，將實(shí)時(shí)仿真器與汽車(chē)儀表盤(pán)的ECU相連，在主機(jī)上建模，模型建完后編譯生成可執(zhí)行文件，將可執(zhí)行文件通過(guò)TCP/IP通訊下載到仿真測(cè)試設(shè)備中，實(shí)時(shí)地運(yùn)行模型。仿真器通過(guò)模擬傳感器接收到的信號(hào)來(lái)控制儀表盤(pán)指示燈的亮滅、指示燈的顏色變換、儀表指針的轉(zhuǎn)動(dòng)和字符等，主機(jī)通過(guò)RS232通訊控制相機(jī)，用智能相機(jī)代替人眼將檢測(cè)的結(jié)果通過(guò)TCP/IP通訊發(fā)送到主機(jī)，主機(jī)對(duì)接收到的結(jié)果進(jìn)行判斷。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

使用python編寫(xiě)自動(dòng)化測(cè)試腳本控制指示燈自動(dòng)化測(cè)試整個(gè)流程。該型號(hào)儀表盤(pán)包括22個(gè)指示燈，每個(gè)指示燈的測(cè)試流程基本一致。以右轉(zhuǎn)燈為例，第一步為點(diǎn)火時(shí)狀態(tài)檢測(cè)，汽車(chē)點(diǎn)火自檢時(shí)部分指示燈參與自檢過(guò)程，應(yīng)當(dāng)檢測(cè)指定的指示燈能否保持3秒的點(diǎn)亮狀態(tài)。第二步為開(kāi)關(guān)點(diǎn)亮檢測(cè)，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)用智能相機(jī)檢測(cè)指示燈能否被點(diǎn)亮。第三步驗(yàn)證指示燈的顏色，有的指示燈在不同的環(huán)境下可能顯示不同的顏色狀態(tài)。第四步驗(yàn)證指示燈的閃爍頻率。第五步為開(kāi)關(guān)熄滅檢測(cè)，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)用智能相機(jī)檢測(cè)指示燈能否熄滅。五步結(jié)束后點(diǎn)火狀態(tài)取消，回歸到儀表初始狀態(tài)。

最后在局域網(wǎng)環(huán)境下通過(guò)TCP/IP協(xié)議將汽車(chē)儀表的實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)上進(jìn)行判斷，如果處理結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相符則認(rèn)為是通過(guò)passed，否則為失敗failed。將每一步測(cè)試結(jié)果用一個(gè)變量表示，例如passed為1而failed為0，如果每一步測(cè)試結(jié)果都為passed即result1+result2+result3+result4+result5=5，可以判定右轉(zhuǎn)燈模塊測(cè)試結(jié)果為“通過(guò)”。

四、結(jié)論

本文所述的汽車(chē)儀表盤(pán)測(cè)試驗(yàn)證方法最大的特點(diǎn)是可以在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下模擬真實(shí)的整車(chē)環(huán)境，并用一個(gè)智能相機(jī)實(shí)時(shí)采集和處理汽車(chē)儀表的狀態(tài)信息，整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在局域網(wǎng)的環(huán)境下進(jìn)行，以進(jìn)行方便的數(shù)據(jù)通訊和自動(dòng)化流程的實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)集成了硬件在環(huán)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，用戶(hù)可以很方便地在上位機(jī)界面上進(jìn)行手動(dòng)功能測(cè)試，另外可以編寫(xiě)python腳本程序控制自動(dòng)化測(cè)試流程并將各模塊的測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)到生成的測(cè)試報(bào)告中。多次實(shí)驗(yàn)證明，該自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)能很好地對(duì)汽車(chē)儀表盤(pán)的指示燈、指針、液晶屏顯示等模塊進(jìn)行驗(yàn)證，模擬的汽車(chē)點(diǎn)火時(shí)段也能方便地對(duì)儀表的電磁兼容性進(jìn)行測(cè)試。該自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)能根據(jù)各模塊的測(cè)試需求自動(dòng)完成檢測(cè)過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]張炳力，杜紅亮，金朝勇，趙韓，馮有成，周小華. 6AT控制器的快速控制原型及硬件在環(huán)仿真研究[J]. 汽車(chē)工程，2011（8）.

[2]鄧濤，孫冬野，秦大同，胡豐賓，劉永剛.基于Simulink與veDYNA聯(lián)合仿真平臺(tái)的AMT硬件在環(huán)試驗(yàn)研究[J].汽車(chē)工程，2011（5）.

[3]高樹(shù)健，陳丁躍，公偉強(qiáng)，李鵬.硬件在環(huán)測(cè)試在電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)總成上的應(yīng)用[J].車(chē)輛與動(dòng)力技術(shù)，2012（4）.

（作者單位：嘉興技師學(xué)院）