一種通用的汽車車身電子單元測(cè)試工裝的研究設(shè)計(jì)

董 杰,馬建輝,莊汝科,車曉波

(1.山東省汽車電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 濟(jì)南250014;2.山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所 山東 濟(jì)南250014）

在汽車車身電子單元的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，通過搭建測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行功能的驗(yàn)證及性能的評(píng)估是很重要的組成部分，它是設(shè)計(jì)迭代過程中的信息反饋來源，也是驗(yàn)證車身電子單元是否符合功能要求的重要手段，一般在開發(fā)過程中選擇專用的昂貴的數(shù)據(jù)IO卡、通信卡，并開發(fā)復(fù)雜的手動(dòng)測(cè)試及自動(dòng)測(cè)試軟件搭建測(cè)試平臺(tái)。在車身電子單元的批量生產(chǎn)過程中，需要對(duì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行若干功能測(cè)試及性能評(píng)估以確保產(chǎn)品質(zhì)量，并滿足生產(chǎn)線上快節(jié)拍的要求，測(cè)試工裝做為重要的生產(chǎn)管理工具，它可以高效、完整得評(píng)判被測(cè)單元的生產(chǎn)質(zhì)量[1]。在生產(chǎn)過程中由于成本的限制及測(cè)試效率的要求，開發(fā)過程中的測(cè)試平臺(tái)不再適合做為測(cè)試工裝使用，需要重新開發(fā)測(cè)試工裝，這樣便存在部分程度上的重復(fù)開發(fā)問題。由于車身單子單元特性的類似性，其輸入輸出接口可以涵蓋在開關(guān)、脈沖、總線通信、射頻通信及功率驅(qū)動(dòng)的范圍內(nèi)，不同車身電子單元的測(cè)試工裝也存在一定程度的類似性，這樣針對(duì)多個(gè)車身電子單元分別設(shè)計(jì)的測(cè)試工裝，便存在一定程度上的重復(fù)開發(fā)問題。

文中設(shè)計(jì)一個(gè)通用的測(cè)試工裝，采用與應(yīng)用相關(guān)的上位機(jī)和功能強(qiáng)大但與應(yīng)用無關(guān)的下位機(jī)組合的形式[2]，利用PC軟件的開發(fā)便捷性和靈活性，可以很方便地進(jìn)行測(cè)試程序及測(cè)試界面的開發(fā)，利用下位機(jī)豐富的外設(shè)和良好的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)與不同汽車電子單元的連接，通過不同的上位機(jī)測(cè)試軟件和與被測(cè)單元不同的連接方式，不僅可以通過特定測(cè)試軟件的裁剪實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)汽車電子單元開發(fā)過程中的測(cè)試和生產(chǎn)過程中的測(cè)試，還可以通過選擇不同的測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)不同汽車電子單元的測(cè)試。

1 設(shè)計(jì)方法

測(cè)試工裝包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分[3]，上位機(jī)與應(yīng)用相關(guān)，在PC機(jī)上以軟件包組合的形式實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)開發(fā)過程中的手動(dòng)測(cè)試和生產(chǎn)過程中的全自動(dòng)測(cè)試，以及不同被測(cè)單元的測(cè)試管理、結(jié)果顯示、測(cè)試條目選擇、測(cè)試流程調(diào)度以及總線數(shù)據(jù)的監(jiān)控；下位機(jī)以實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的形式實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)車身電子單元相關(guān)的多種性質(zhì)的信號(hào)通道，它做為信號(hào)的通道和接口，完成與被測(cè)單元的硬件連接、測(cè)試接口的配置和監(jiān)測(cè)。測(cè)試工裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 測(cè)試工裝結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of test tooling

測(cè)試工裝通過對(duì)被測(cè)單元輸入輸出端口的控制和監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)單元的功能測(cè)試，本文引入“信號(hào)通道”的概念，以信號(hào)通道的形式管理輸入輸出端口。根據(jù)車身電子單元特性，將信號(hào)通道分類并以ID的形式標(biāo)識(shí)，將各個(gè)信號(hào)通道以ID+標(biāo)號(hào)的形式建立信號(hào)列表，通過信號(hào)列表訪問具體的輸入輸出端口。在對(duì)被測(cè)單元進(jìn)行測(cè)試時(shí)，根據(jù)所選擇的測(cè)試項(xiàng)，上位機(jī)將測(cè)試命令、信號(hào)通道、信號(hào)內(nèi)容和命令參數(shù)發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)解析命令，根據(jù)命令選擇對(duì)特定的信號(hào)通道進(jìn)行處理，然后向上位機(jī)反饋信號(hào)通道的狀態(tài)及內(nèi)容，由上位機(jī)進(jìn)行測(cè)試現(xiàn)象的處理及測(cè)試結(jié)果的判斷。

2 測(cè)試方法設(shè)計(jì)

功能測(cè)試的依據(jù)是測(cè)試規(guī)范，首先根據(jù)被測(cè)單元的技術(shù)任務(wù)書制定詳盡的測(cè)試規(guī)范，設(shè)計(jì)相應(yīng)測(cè)試用例，然后根據(jù)生產(chǎn)測(cè)試的要求，分析被測(cè)單元的硬件電路及外部接口特性，對(duì)測(cè)試規(guī)范進(jìn)行適當(dāng)裁剪，保證在盡可能少的測(cè)試項(xiàng)的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)單元硬件電路的完整測(cè)試，以提高生產(chǎn)測(cè)試效率。本文設(shè)計(jì)了一種基于狀態(tài)圖進(jìn)行車身電子單元功能測(cè)試的方法，該方法包含如下步驟：

1）根據(jù)被測(cè)單元測(cè)試規(guī)范的要求，分析每一個(gè)功能模塊的規(guī)范說明，細(xì)化拆分功能要求，歸納出不同的任務(wù)或者子模塊。

2）將細(xì)分后的任務(wù)或者子模塊通過狀態(tài)圖的形式進(jìn)行描述，明確任務(wù)或者子模塊中的全部狀態(tài)、遷移條件、執(zhí)行動(dòng)作、遷移效果。

3）對(duì)狀態(tài)圖進(jìn)行搜索，遍歷圖中每一個(gè)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，生成滿足路徑覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試用例。

4）對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)換中的遷移條件進(jìn)行解析，分析其類型，獲得關(guān)系操作符以及數(shù)學(xué)表達(dá)式，將遷移條件中的變量以全局變量的形式保存。

5）接入待測(cè)設(shè)備，依次執(zhí)行測(cè)試用例，通過下位機(jī)操作相應(yīng)的信號(hào)通道使得遷移條件得到滿足，一條測(cè)試用例執(zhí)行完畢后，將被測(cè)單元的執(zhí)行動(dòng)作及狀態(tài)遷移效果與（2）中提取的預(yù)期設(shè)計(jì)效果進(jìn)行對(duì)比，并記錄測(cè)試結(jié)果。

3 上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)在Labview上實(shí)現(xiàn)，利用Labview的圖形控件實(shí)現(xiàn)被測(cè)車身電子單元相關(guān)的接口，包括開關(guān)、按鍵、虛擬示波器、波形發(fā)生器等，Labview的圖形化測(cè)試界面可以直觀反映被測(cè)單元的輸入輸出接口[4]，在手動(dòng)測(cè)試階段，以圖形界面的方式提供人機(jī)操作接口進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試，直觀反映測(cè)試操作和測(cè)試現(xiàn)象及結(jié)果，在自動(dòng)化測(cè)試階段，將每個(gè)測(cè)試項(xiàng)都封裝成一個(gè)子模塊，利用NI自動(dòng)測(cè)試管理軟件TestStand對(duì)大量的測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行有序的調(diào)用[5]，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試流程的自動(dòng)化管理，自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試操作、進(jìn)行測(cè)試現(xiàn)象的觀察，并給出測(cè)試結(jié)果。

將不同的測(cè)試項(xiàng)以庫(kù)的形式實(shí)現(xiàn)并加入到軟件包中，不同的測(cè)試規(guī)范對(duì)應(yīng)不同的測(cè)試項(xiàng)組合，這樣便可以靈活得組合測(cè)試項(xiàng)以滿足不同被測(cè)單元的測(cè)試需求，也可以靈活得添加和裁剪測(cè)試項(xiàng)以滿足開發(fā)測(cè)試和生產(chǎn)測(cè)試的需求。

4 下位機(jī)設(shè)計(jì)

如圖1所示，下位機(jī)實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字輸入端口、多路數(shù)字輸出端口、八路脈沖輸入端口、八路PWM輸出端口、2路CAN總線接口、2路LIN總線接口、可程控電源、并轉(zhuǎn)串接口、串轉(zhuǎn)并接口；其中，并轉(zhuǎn)串接口實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字輸入信號(hào)的讀取，串轉(zhuǎn)并接口實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字輸出，脈沖輸入端口采集被測(cè)單元的脈沖信號(hào)，PWM端口輸出指定頻率和占空比的脈沖信號(hào)，CAN/LIN接口提供CAN/LIN通信功能，可程控電源實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)試單元的供電和斷電[6]。

根據(jù)測(cè)試工裝的架構(gòu)，下位機(jī)與具體應(yīng)用無關(guān)，作為信號(hào)通道的載體，下位機(jī)在上位機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)信號(hào)通道的操作，各信號(hào)通道與被測(cè)試單元的接口對(duì)應(yīng)及其邏輯含義由上位機(jī)進(jìn)行解釋。每種信號(hào)通道對(duì)應(yīng)一種信號(hào)性質(zhì)及其處理方式，以ID+標(biāo)號(hào)的形式進(jìn)行標(biāo)識(shí)，上位機(jī)和下位機(jī)維護(hù)相同的信號(hào)通道列表，針對(duì)信號(hào)通道進(jìn)行通信，報(bào)文ID采用信號(hào)通道ID，設(shè)計(jì)上位機(jī)和下位機(jī)的通信報(bào)文格式如下：

報(bào)文頭(0x55+0xaa)+報(bào)文ID（信號(hào)通道ID）+信號(hào)通道標(biāo)號(hào)+報(bào)文內(nèi)容長(zhǎng)度+報(bào)文內(nèi)容+16位校驗(yàn)和；

根據(jù)報(bào)文ID、通信方向及信號(hào)通道的不同，報(bào)文內(nèi)容的含義、長(zhǎng)度及取值有所不同，下面以數(shù)字輸入和數(shù)字輸出端口為例進(jìn)行說明。

多路數(shù)字輸入端口，對(duì)應(yīng)ID=1，報(bào)文從上位機(jī)發(fā)送到下位機(jī)時(shí)，報(bào)文內(nèi)容為雙字節(jié)大小、以毫秒為單位的采樣周期；報(bào)文從下位機(jī)發(fā)送到上位機(jī)時(shí)，報(bào)文內(nèi)容為單字節(jié)大小的端口IO狀態(tài)，取值0或1。

多路數(shù)字輸出端口，對(duì)應(yīng)ID=2，報(bào)文從上位機(jī)發(fā)送到下位機(jī)，報(bào)文內(nèi)容為單字節(jié)大小、所選擇端口的IO設(shè)置狀態(tài)。

其他信號(hào)通道在此不再贅述。下位機(jī)程序設(shè)計(jì)流程取決于上位機(jī)的命令和所管理的信號(hào)通道的狀態(tài)及其變化，其流程圖如圖2所示。

圖2 軟件設(shè)計(jì)流程圖Fig.2 Software design flow chart

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提供的通用測(cè)試工裝設(shè)計(jì)方法采用與應(yīng)用相關(guān)的上位機(jī)和與應(yīng)用無關(guān)的下位機(jī)的結(jié)構(gòu)，充分利用了PC機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)的便利性和極大豐富的工具集，以及下位機(jī)強(qiáng)大的嵌入式實(shí)時(shí)處理性能和靈活的連接可擴(kuò)展性，保證了測(cè)試工裝可以用于多個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)測(cè)試和生產(chǎn)測(cè)試，更好地?cái)U(kuò)展了測(cè)試工裝的適用范圍，且可以實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品的開發(fā)階段搭建的測(cè)試平臺(tái)，適當(dāng)裁剪后直接用于生產(chǎn)過程測(cè)試，避免了重復(fù)開發(fā)，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。

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