基于虛擬儀器的車身電子自動化測試系統(tǒng)研究

田涌君，劉鐵山，劉全周

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

隨著社會的發(fā)展及人們生活水平的提高，人們對汽車駕駛的舒適性、安全性及穩(wěn)定性的要求越來越高，從而促進(jìn)了汽車電控系統(tǒng)的飛速發(fā)展，汽車步入了多功能智能化［1］時代。 汽車電控系統(tǒng)［2］的日益復(fù)雜對汽車測試技術(shù)提出了更高要求。

虛擬儀器是由美國國家儀器公司 （National Instrument，簡稱NI）于1986年成功研制的。它是以計算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺，充分利用計算機(jī)的運(yùn)算、存儲、回放、調(diào)用等功能，具有性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)周期短、與其他軟硬件無縫集成等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在測試與測量領(lǐng)域［3］。

測試系統(tǒng)基于虛擬儀器開發(fā)，集成程控電源、NI機(jī)箱、電阻板卡、故障注入箱等硬件設(shè)備，可以實現(xiàn)對汽車車身電子模塊 （如BCM、PEPS）的功能測試，包括對電子模塊的控制策略測試、電壓適應(yīng)性測試、網(wǎng)絡(luò)通信測試，并自動生成測試報告。同時，測試系統(tǒng)具備用戶管理、測試用例管理、硬件參數(shù)配置、CAN和LIN參數(shù)配置、數(shù)據(jù)編程處理、測試結(jié)果分析及報告整理等功能，方便用戶對整體測試過程進(jìn)行管理及測試用例開發(fā)，增強(qiáng)測試系統(tǒng)的通用性及可擴(kuò)展性，方便對其他測試車型的移植。

1 系統(tǒng)總體方案

測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，硬件平臺包括測試機(jī)柜及測試臺架，軟件系統(tǒng)包括人機(jī)交互界面、測試系統(tǒng)管理平臺、測試系統(tǒng)開發(fā)平臺、測試系統(tǒng)執(zhí)行平臺、測試報告管理平臺。

自動化測試系統(tǒng)以NI的PXI機(jī)箱為核心，PXI機(jī)箱包括PC主機(jī)及PXI板卡，以LabVIEW開發(fā)的測試軟件在PC主機(jī)中運(yùn)行，通過底層驅(qū)動程序驅(qū)動PXI板卡，進(jìn)行電流、電壓、電阻等模擬量，I／O、PWM等數(shù)字量以及CAN、LIN等總線信號的輸出及采集；并通過USB、RS232及網(wǎng)線等，集成程控電源、故障注入箱等外部設(shè)備。測試機(jī)柜通過重載連接器及線束，與臺架上的菲尼克斯接線端子相聯(lián)接，同時被測ECU及負(fù)載等聯(lián)接到菲尼克斯接線端子上，從而實現(xiàn)了整個HIL測試系統(tǒng)的連接。

2 硬件平臺

系統(tǒng)硬件以NI主 控制器為核心，通過通信總線控制各硬件資源，對被測ECU進(jìn)行信號仿真、數(shù)據(jù)采集及故障注入。測試硬件架構(gòu)如圖2所示。

PXI平臺是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集及自動化控制所設(shè)計的模塊化儀器平臺，具有體積小、易于集成、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)。本測試平臺采用NI的PXI機(jī)箱，軟硬件結(jié)合，集成度高。

測試系統(tǒng)通過USB、RS232、CAN總線等，集成控制程控電源、定制電阻板卡、FIU等設(shè)備。

測試系統(tǒng)信號調(diào)理包括數(shù)字I／O信號調(diào)理、PWM信號調(diào)理、模擬輸入／輸出信號調(diào)理等。信號調(diào)理簡單地說，就是將待測信號通過放大、濾波等操作，轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)信號。通過信號調(diào)理可擴(kuò)展PXI板卡的輸出與采集范圍。

圖3為測試機(jī)柜實物圖。測試機(jī)柜包括電源管理箱、機(jī)柜負(fù)載顯示面板、程控電阻負(fù)載箱、程控電源、故障注入單元、PXI機(jī)箱。

3 軟件平臺

測試軟件基于LabVIEW開發(fā)，由人機(jī)交互界面、測試系統(tǒng)管理平臺、測試系統(tǒng)開發(fā)平臺、測試系統(tǒng)執(zhí)行平臺、測試報告管理平臺組成，可以完成對車身電子模塊的功能及診斷的自動化測試并生成測試報告。

1）人機(jī)交互界面 人機(jī)交互界面包括歡迎界面、用戶登錄界面、測試主界面、測試用例管理界面、總線參數(shù)配置界面等。

用戶登錄界面用于測試用戶登錄；測試主界面主要進(jìn)行測試用例選擇，測試過程控制 （例如測試開始、測試暫停、測試終止等）等操作；測試用例管理界面用于導(dǎo)入、創(chuàng)建、修改測試用例；總線參數(shù)配置界面可選擇DBC、LDF文件的路徑及進(jìn)行總線參數(shù)的配置。

2）測試系統(tǒng)管理平臺 測試系統(tǒng)管理平臺包括用戶管理、硬件資源配置、總線參數(shù)配置。

用戶管理系統(tǒng)采用Access數(shù)據(jù)庫存儲用戶信息及權(quán)限，使用LabSQL與Access數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接。用戶登錄系統(tǒng)主要是防止非授權(quán)用戶的非法進(jìn)行，只有合法的用戶在驗證后才能進(jìn)行測試和其它一些操作，增加系統(tǒng)和測試數(shù)據(jù)的安全性。

硬件資源配置系統(tǒng)可以對導(dǎo)入的系統(tǒng)硬件配置資源進(jìn)行修改并保存成文件。

總線參數(shù)配置系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)入的整車DBC、LDF文件，自動分析各個ECU節(jié)點(diǎn)接收或發(fā)送的報文，同時可以配置一些特殊類型報文，如事件型報文、周期事件型報文，并將配置參數(shù)發(fā)送給底層驅(qū)動程序，進(jìn)行總線信號的仿真發(fā)送和信號采集。

3）測試系統(tǒng)開發(fā)平臺 測試系統(tǒng)開發(fā)平臺包括測試用例管理平臺、數(shù)據(jù)處理開發(fā)平臺。

測試用例管理平臺可以創(chuàng)建、編輯、刪除測試用例并保存為EXCEL文件，方便用戶編輯調(diào)試測試用例，增強(qiáng)測試系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

數(shù)據(jù)處理開發(fā)平臺用于數(shù)據(jù)處理腳本的開發(fā)。數(shù)據(jù)處理腳本主要對測試用例所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并給出評價結(jié)果用于生成測試報告。數(shù)據(jù)處理開發(fā)平臺利用LabVIEW與其他軟件無縫集成的優(yōu)點(diǎn)，可以直接導(dǎo)入C文件或M文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高了系統(tǒng)的通用性。

4）測試系統(tǒng)執(zhí)行平臺 測試系統(tǒng)執(zhí)行平臺由測試主程序、邏輯層、底層驅(qū)動3部分組成。

圖4為測試執(zhí)行流程。測試主程序?qū)⑼ㄟ^測試系統(tǒng)管理平臺配置的硬件資源配置及總線參數(shù)配置等信息傳遞給底層驅(qū)動，由底層驅(qū)動程序驅(qū)動相關(guān)硬件設(shè)備進(jìn)行信號的輸出及采集；邏輯層用來分析執(zhí)行測試用例，通過控制底層驅(qū)動程序，仿真相應(yīng)的數(shù)字、模擬及總線信號，同時將需要監(jiān)測的信號采集回來進(jìn)行分析處理，生成測試結(jié)果并記錄數(shù)據(jù)及圖像，將測試結(jié)果傳遞回主程序；主程序主要進(jìn)行測試過程狀態(tài)顯示及生成測試報告。

5）測試報告管理平臺 測試報告管理平臺管理生成報告的內(nèi)容及樣式。測試報告采用HTML格式，主要包括測試人員信息、被測模塊信息、測試結(jié)果匯總及測試用例測試信息。測試用例測試信息包括測試結(jié)果、測試過程及測試過程圖表及數(shù)據(jù)。測試開始之前，測試人員可以選擇生成測試報告的具體內(nèi)容，比如是否包含Pass項、Fail項及Skip項，是否包含測試過程信息、圖表、測試數(shù)據(jù)等。測試完成后，測試人員可以選擇將HTML格式的報告轉(zhuǎn)換成Word及PDF文檔，增加了報告的可定制性。

4 結(jié)束語

本文所設(shè)計的自動化測試系統(tǒng)基于虛擬儀器設(shè)計開發(fā)，利用LabVIEW與其他軟硬件無縫集成及擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在短時間內(nèi)搭建完成一套集汽車電子模塊功能測試、故障診斷測試的自動化測試系統(tǒng)。

該測試系統(tǒng)通過導(dǎo)入測試準(zhǔn)備階段編寫的測試文檔自動配置硬件資源并生成測試用例，縮短了測試周期；通過編寫測試文檔的方式提高了測試系統(tǒng)的通用性，使測試人員不需要專業(yè)的LabVIEW編程知識就可以編寫測試用例，同時可對CAN、LIN等通信參數(shù)進(jìn)行配置，可以方便地移植到其他車型，提高了測試系統(tǒng)的可移植性。

［1］謝忠華.論汽車新技術(shù)與未來發(fā)展趨勢［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)， 2013 （4）： 194-195.

［2］王秋景，張涌.開放的 “汽車電子控制系統(tǒng)平臺技術(shù)”探析［J］.輕型汽車技術(shù)， 2007 （Z3）： 4-6.

［3］康學(xué)梅.基于虛擬儀器的汽車測試系統(tǒng)研究［D］.石家莊：河北科技大學(xué)，2010.