基于Keysight設備的汽車電子測試系統(tǒng)

胡艷君，　董世鋼,　張　磊

(1.大陸汽車電子(長春)有限公司 測試工程部, 吉林 長春　130000；2.長春汽車工業(yè)高等專科學校 機械工程學院, 吉林 長春　130011)

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基于Keysight設備的汽車電子測試系統(tǒng)

胡艷君1，董世鋼2,張磊1

(1.大陸汽車電子(長春)有限公司 測試工程部, 吉林 長春130000；2.長春汽車工業(yè)高等?？茖W校 機械工程學院, 吉林 長春130011)

摘要：設計了一種汽車電子測試系統(tǒng),以安全氣囊控制單元(ECU)作為測試實例，詳細闡述了軟硬件的設計，完成了安全氣囊控制單元撞擊場景的模擬測試。

關鍵詞：汽車電子; 測試系統(tǒng);TS-5400

0引言

隨著半導體技術的飛速發(fā)展，電子技術得以應用到汽車領域。汽車更新?lián)Q代的很大一部分正是得益于電子設備的加入,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,由于電子技術的不斷加入,使得汽車電子生產和測試的復雜度大大增加,需要汽車電子零部件廠商供應百分之百合格的汽車電子產品,還需要對每一個汽車電子產品進行嚴格的測試，并長期保留測試結果。要求在導入國外或國內的測試技術和設備時,測試設備需具有高穩(wěn)定、高標準化、高網絡化、功能全面的屬性,以及為生產線操作人員提供簡單易懂顯示界面等特點[2]。Keysight公司的TS-5400測試系統(tǒng)硬件集成了可編程電源、可編程開關矩陣卡、工業(yè)控制計算機(IPC)、傳感器模擬箱等組件，軟件是基于Keysight自行研發(fā)的測試軟件TestExecSL，此軟件語法簡單、編寫容易，無需技術人員學習語言復雜的語法邏輯，能夠為操作人員提供便于操作的人機交互界面。因此，該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、豐富的擴展性、網絡的共享性、操作的簡便易行性等優(yōu)勢。文中以安全氣囊控制單元(ECU)為例，使用Keysight公司的TS-5400功能測試系統(tǒng)，對安全氣囊控制單元在汽車碰撞場景下進行模擬測試(以下稱為碰撞測試)，測試過的產品完全滿足客戶需求。

1系統(tǒng)方案

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

測試平臺架構[3]如圖1所示。

圖1整體架構圖

測試過程要模擬ECU實際碰撞的工作環(huán)境，把加速度和壓力傳感器同時連接到ECU產生震動的系統(tǒng)中，即固定到一個夾具上,為ECU提供模擬的外部負載。此系統(tǒng)“硬件設備層”是以TS-5400最重要的硬件組成部分，其中的程控電源為整個系統(tǒng)供電。當測試開始時，系統(tǒng)里的loadbox模塊會連接ECU需要的通道，把需要的信號引進來，之后Mainfram模塊里的波形發(fā)生器板卡產生震動波形信號輸出給震動機，震動機帶動產品模擬碰撞場景。當震動完成后，Mainfram模塊自動地把引爆信號采集回來經過硬件驅動層傳給IPC分析處理，它是整個測試過程的控制中心，處理所有的控制信號和數(shù)據(jù)信號。此系統(tǒng)的“測試管理層”利用TestExecSL軟件完成控制和測試的邏輯時序，并進行數(shù)據(jù)的處理和相應報告的生成。

本系統(tǒng)的測試難點是對信號的采集。一般ECU的點火信號多達36個引爆回路，每個回路又有正、負極，并且輸出的轉換電壓值一般高達30V左右，而當車輛發(fā)生碰撞時,ECU輸出的信號是非常短暫的，通常以毫秒計算，所以數(shù)據(jù)采集儀器必須具有多獨立采樣通道、寬范圍電壓測試量程、采集速度快，并能夠通過設置自動觸發(fā)采集信號功能。而這些都是普通程控萬用表很難達到的指標。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個通道，完全能夠滿足產品碰撞模擬測試測量。

2硬件設計

整個測試系統(tǒng)的硬件結構[4]如圖2所示。

要對ECU進行碰撞功能測試,首先就要模擬ECU實際碰撞的工作環(huán)境，當碰撞發(fā)生時,ECU能夠發(fā)出引爆信號。這需要將壓力傳感器、加速度傳感器和負載電阻(模擬實際的安全氣囊阻值)這些負載都安裝到帶動ECU震動的夾具上。IPC通過程序控制實時地電源輸出，為產品提供電信號，同時控制TS-5400功能測試系統(tǒng)把震動波形數(shù)據(jù)發(fā)送給震動機帶動產品啟震，從而模擬現(xiàn)實的汽車碰撞場景，并把碰撞信號采集回傳給IPC供其分析處理。信號轉換模塊即通過CAN或K-LINE卡對電平信號轉換，為IPC和ECU的實時通信做保證。

圖2硬件結構圖

2.1TS-5400測試系統(tǒng)

TS-5400測試系統(tǒng)為測試的主體，有兩個主要的組成部分Mainfram、Loadbox。Mainfram是測試的核心部分，內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swtich矩陣開關，能夠實時的切換各個通道，可以把電源或數(shù)據(jù)信號切換到相應的產品引腳，實現(xiàn)實時的通斷控制。

2.2程控電源

程控電源為產品提供正常工作的電信號，能夠感知電信號的虧損并及時地補償，保證產品能夠得到準確的電信號。將程控電源固定到TS-5400的機架上，通過GPIB總線和IPC進行連接；IPC根據(jù)標準的VISA協(xié)議[5]，通過TestExecSL軟件把相應的控制命令發(fā)送給可編程電源，進行實時控制。

2.3信息轉化模塊

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

2.4IPC

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

測試系統(tǒng)的硬件外觀如圖3 所示。

圖3　硬件外觀圖

TS-5400功能測試系統(tǒng)通過簡單的改動或改建就可以測試其它的汽車電子控制單元，如ABS、ESP、助力轉向、儀表控制單元等，并可實現(xiàn)多個產品同時的測試，節(jié)省大量的測試時間。

整個的信號流向如圖4所示。

圖4信號流圖

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)生器把震動波形傳輸?shù)秸饎訖C，再由震動機按照加速度波形帶動ECU啟震(最大加速度是31.8g)，ECU產生的引爆安全氣囊點火信號會傳輸給Mainframe里的VM2616。VM2616會根據(jù)設置的自動出發(fā)的方式把采集的數(shù)據(jù)回傳給IPC，最后IPC經過TestExecSL軟件分析處理得到ECU的點火信號，再跟標準的上下限值來判斷此信號是否能夠合格。測試設備還配備一個標準的加速度傳感器(每年定期校準)和產品一起啟震,并把標準的加速度信號采集回來，通過此標準信號來判斷震動機是否能夠滿足本系統(tǒng)的震動強度需求，這樣就形成了一個更加穩(wěn)定和準確的閉環(huán)系統(tǒng)[7]。

3軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計主要具有完成設備的初始化、網絡數(shù)據(jù)的調用和存儲、震動設備的控制、產品數(shù)據(jù)的采集、分析和生成報告等功能[8]。由于TestExecSL軟件語法簡單，并且是順序執(zhí)行，所以可以將軟件的實現(xiàn)分為4個部分，即初始化、測試主程序、關閉相應的測試設備資源和人機交互界面,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用dll完成設備硬件的初始化、網盤數(shù)據(jù)的讀取和人機交互的建立。

3.2主程序

整個控制邏輯的實現(xiàn)，包括震動機的控制和對ECU命令的發(fā)出，以及對采集回來的數(shù)據(jù)分析處理等功能。

3.3關閉相應的測試設備

電控單元測試完成后關斷電源，回收CAN線等一些硬件資源。

3.4人機交互界面

為操作人員提供直觀的產品是否通過，并顯示相應的測試項。通過人機交互界面可以根據(jù)相關的需要來進行配置，產生需要的各種文檔和報告，簡單易操作的同時還具有很好的通用性和擴展性。

TestExecSL最大的特點是順序執(zhí)行,這決定了其程序邏輯相對簡單,雖然語法類似于C語言，但控制語句要少得很多。即使剛接觸的人也不需要花費過多時間去了解復雜的語言本身知識。TestExecSL的編寫環(huán)境如圖6所示。

圖6　編輯調試界面

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

人機操作界面如圖7所示。

此界面能同時測試兩個產品的測試程序，能夠為生產線操作人員提供非常簡潔直觀的產品能否通過的信息。出現(xiàn)紅色的“×”為位置1，產品沒有通過測試，并顯示在主程中的錯誤ID號1007_309通過此ID就能夠直接找到錯誤的原因。綠色的“√”為通過產品，可以直接轉到下一個崗位或完成包裝。

圖7　人機操作界面

4結語

采用Keysight公司的TS-5400功能測試系統(tǒng)測試安全控制氣囊控制單元，驗證碰撞功能的測試是否合格。其硬件方面集成了遵循國際上標準的通信協(xié)議的獨立測試模塊，具有穩(wěn)定、精確、獨立等特性。軟件語法簡單、操作界面簡潔，容易操作，為跨國企業(yè)的產品快速導入提供了很大的方便。系統(tǒng)還能夠快速的通過簡單的操作獲得想要的各種測試報告。實踐證明，系統(tǒng)具有很好的擴展性、很高的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性。當設備出現(xiàn)問題時，維修和維護人員能夠快速地定位問題產生的原因，節(jié)省了大量的維修時間，提高了生產效率。

參考文獻：

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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

作者簡介：胡艷君(1979-)，男，漢族，吉林九臺人，大陸汽車電子(長春)有限公司工程師，碩士，主要從事信號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：U467.13

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1374(2016)03-0287-05