自動測試在汽車電子開發(fā)中的應(yīng)用

石笑生+宋辰宇

【摘 要】隨著汽車向“智能化”的方向逐步前進，汽車電子技術(shù)在汽車技術(shù)中占的比重正逐年上升。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，將使用汽車的危險性降到最低，汽車設(shè)計者需要通過嚴格的驗證和測試實驗。本文通過研究自動測試在我國汽車電子開發(fā)的發(fā)展歷程、應(yīng)用場景及應(yīng)用特點，對目前其應(yīng)用水平及未來發(fā)展方向做出了探索和分析。掌握自主開發(fā)自動測試設(shè)備的能力、不斷提高設(shè)備的穩(wěn)定性、兼容性及使用效率，能夠極大地提升汽車各部位電子產(chǎn)品測試的速度和效率，有利于項目開發(fā)周期的穩(wěn)定，節(jié)省大量的時間成本和人力成本，并滿足提升產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力、促進汽車電子技術(shù)健康高速發(fā)展方面的內(nèi)在需求。

【關(guān)鍵詞】自動測試；汽車電子；虛擬化；ATS； ATE

中圖分類號： U467.3 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）35-0041-002

Research on the application of Automatic Testing Systems in automobile electronic development

SHI Xiao-sheng1 SONG Chen-yu2

（1. Automotive Engineering Research Institute， Guangzhou Automobile Group Co.， Ltd.， Guangzhou 510000， China； 2. Sun Yat-sen University， Guangzhou 510000， China）

【Abstract】With the gradual progress of automobile to "intelligent"， the proportion of automobile electronic in automobile is increasing year by year. In order to ensure the quality of the product， the automobile electronic products need to pass strict experiment and verification. By studying the automatic testing in the scenarios of China's automotive electronics development， this paper explores the application level and future development direction of automatic testing system. Master ATE autonomous development ability， continuously improve equipment stability， compatibility and efficiency， can greatly improve the automobile electronic product testing speed and efficiency， which is conducive to the stability of the project development cycle， saving a lot of time and labor costs， and meets the internal demand of rapidly promotion of automotive electronic technology.

【Key words】Automatic Testing； Automobile Electronic； Virtual Instrument； ATS； ATE

1 自動測試系統(tǒng)介紹

1.1 自動測試系統(tǒng)簡介

自動測試系統(tǒng)（Automatic Testing Systems，ATS）一般是指，在人極少參與或不參與的情況下，使用計算機或控制器控制，通過激勵仿真信號、故障診斷、測量和數(shù)據(jù)處理等方法，對被測設(shè)備的功能和特性進行驗證，最后將驗證結(jié)果以適當方式輸出的系統(tǒng)。自動測試系統(tǒng)主要實現(xiàn)設(shè)備電氣特性和功能驗證、故障定位和排查、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等功能[1]。

1.2 自動測試系統(tǒng)的組成

ATS 由兩部分組成：自動測試設(shè)備（Automated Test Equipment，ATE）和測試程序集（Test Program Sets，TPS）[2]。

ATE 主要包括執(zhí)行測試操作的負載硬件和控制測試過程的軟件系統(tǒng)。通過對軟件系統(tǒng)進行開發(fā)，控制負載硬件自動的完成測試工作。通常情況下，ATE使用GPIB、VXI、PXI、LXI、1553、RS232/422/485、SPI、MODBUS 等測試總線[3]，將PC、負載板卡、采集設(shè)備、獨立負載等測試設(shè)備連接在一起，以達到自動測試的目的。PC上會運行定制的軟件系統(tǒng)，比如定制的操作系統(tǒng)、Windows或Linux上開發(fā)的工控軟件等，對測試設(shè)備進行控制。

TPS是運行在ATE上的程序，以及測試相關(guān)的文件的統(tǒng)稱。包括：（1）運行在ATE中的測試腳本軟件，通常是由測試人員或ATE供應(yīng)商使用ATE的軟件系統(tǒng)進行開發(fā)的，給用戶提供ATS的操作接口，并執(zhí)行測試指令；（2）接口適配器能夠保證ATE在更換模塊，或者切換項目時需要使用到不同的通信接口的情況下，依然能夠盡可能少的修改軟件，適配更多的測試設(shè)備；（3）測試相關(guān)文檔?，F(xiàn)在，設(shè)計合理的ATS能夠做到，直接輸入依照標準編寫的測試相關(guān)文檔，就能夠生成可執(zhí)行的測試腳本軟件。

1.3 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展迭代

至今為止，ATS經(jīng)過了三個階段的發(fā)展[4]。第一代 為專用ATS，為了解決大量重復(fù)的測試負擔，根據(jù)具體產(chǎn)品需求和產(chǎn)品特性而開發(fā)，具有開發(fā)成本高，跨項目兼容性差等特點。第二代為臺式儀器積木型ATS，在擁有標準的接口總線（GPIB 等）的程控機的基礎(chǔ)上，以積木方式組建；其優(yōu)點是系統(tǒng)組建方便，開發(fā)方便，具有可復(fù)用性；缺點是總線傳輸速率較低，功能冗余高，占用空間較大。第三代為模塊化集成式ATS， 使用了虛擬儀器的技術(shù)，以計算機軟件作為測試核心，將模塊化的測試設(shè)備通過 VXI、PXI、LXI 等測試總線，與計算機拼接在一起，搭建出可調(diào)整的ATS。具有測試效率，占用空間少，可復(fù)用性強，標準化程度高的優(yōu)點。endprint

2 自動測試系統(tǒng)在我國汽車電子技術(shù)中的應(yīng)用

2.1 我國汽車電子技術(shù)的發(fā)展

隨著汽車向“智能化”的方向逐步前進，汽車電子技術(shù)在汽車技術(shù)中占的比重正逐年上升。近年來，新的電子和智能技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，形成全新的汽車電子產(chǎn)品，比如，智能駕駛、高品質(zhì)音響、抬頭顯示系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航等等。信息技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等與汽車技術(shù)的結(jié)合，為消費者提供能更加人性化的汽車功能，更強大而穩(wěn)定的性能，甚至是更加便捷舒適的出行體驗。

但是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，將使用汽車的危險性降到最低，汽車設(shè)計者需要通過嚴格的驗證和測試實驗，對開發(fā)出的汽車電子產(chǎn)品進行審視。測試和驗證的目的是在產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的階段，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷。快速和準確遍歷產(chǎn)品的功能，是測試和驗證試驗的重要指標。過去，產(chǎn)品的測試都是通過人工完成，耗時久、故障定位準確度低的問題限制了開發(fā)效率。早期的測試手段已經(jīng)不再能夠適用于，日新月異的汽車電子產(chǎn)品了。

因此，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，ATS是汽車電子技術(shù)發(fā)展迭代必不可少的一環(huán)，也是質(zhì)量控制檢測程序必然的方向，在我國汽車的電子技術(shù)的應(yīng)用場景、應(yīng)用頻率和重要程度均快速提升。隨著汽車電子的比重越來越大，對汽車測試系統(tǒng)軟硬件進行構(gòu)架，并搭建出有效的穩(wěn)定可靠的測試平臺，是汽車行業(yè)面臨的新的需求和挑戰(zhàn)[5]。

2.2 自動測試系統(tǒng)在汽車電子技術(shù)的應(yīng)用場景

ATS廣泛使用在汽車電子產(chǎn)品開發(fā)的整合測試和設(shè)計驗證階段。汽車電子產(chǎn)品的測試實驗主要包含，DV試驗、PV試驗和下線測試三種：

（1）DV試驗是汽車電子控制器開發(fā)完成后，研發(fā)團隊進行的驗證試驗；

（2）PV試驗是控制器設(shè)計方案交付給工廠后，工廠在開始量產(chǎn)前進行的驗證試驗；

（3）下線測試則是生產(chǎn)線上的汽車電子產(chǎn)品在加工完成時，由生產(chǎn)線上的質(zhì)量檢測人員進行的功能驗證。

現(xiàn)今由于整車項目的開發(fā)周期正逐漸壓縮，于是開發(fā)一款汽車電子產(chǎn)品，被要求使用更短的開發(fā)周期、而擁有更加穩(wěn)定的性能，這也向產(chǎn)品的驗證方法和測試工具提出了更高的挑戰(zhàn)。為了高效地開發(fā)出更加穩(wěn)定的產(chǎn)品，更加靈活通用的測試系統(tǒng)必須被用來支持這樣高標準的驗證過程，這就為ATS的發(fā)展提供了良好的土壤。

2.3 自動測試系統(tǒng)在汽車電子開發(fā)應(yīng)用的特點

我國主機廠用在汽車電子產(chǎn)品驗證的ATS，正在處于升級到第三階段的過程中，多種ATE會在同一個汽車電子實驗室中并存。

一方面，通過借助美國NI公司或德國Vector公司等外國供應(yīng)商的虛擬儀器技術(shù)[3-4]，國內(nèi)越來越多的汽車電子研發(fā)團隊可以搭建出標準化、模塊化、開放式的ATS。這一類系統(tǒng)通常具有如下特征：測試效率高，操作簡捷，輸出結(jié)果清晰標準，具有自診斷和自修復(fù)功能。實驗人員不用通過復(fù)雜的開發(fā)過程，只需導(dǎo)入標準的測試腳本，機器就能夠仿真出各種測試工況，對開發(fā)中的汽車電子產(chǎn)品進行充分的驗證。

但另一方面，不論是NI抑或VECTOR公司的ATE，搭建成本都相當昂貴，而且由他們提供的專業(yè)測試軟件訂制，還會要求額外的開銷。所以一個團隊能夠配備的ATS數(shù)量及其有限，在同時開發(fā)多款汽車電子產(chǎn)品時，只有設(shè)計最復(fù)雜、開發(fā)成本最高的產(chǎn)品能夠使用。

在這種情況下，更多的汽車電子產(chǎn)品在開發(fā)階段使用的ATE，是開發(fā)團隊和測試團隊針對性開發(fā)的，僅僅做到覆蓋本產(chǎn)品的測試需求，對任何其他產(chǎn)品而言都不具有復(fù)用性。雖然這一類設(shè)備提升了測試的效率，但是每次開發(fā)出的設(shè)備的性能不穩(wěn)定，兼容性差，生存周期短，對項目的開發(fā)周期和成本都有負面影響。

所以，ATS在我國汽車電子的應(yīng)用中還面臨三大挑戰(zhàn)：（1）搭建設(shè)備成本昂貴，體積龐大；（2）過度依賴外國供應(yīng)商，缺少核心技術(shù)；（3）開發(fā)作為替代品的低成本的通用測試設(shè)備，也是當務(wù)之急。

2.4 自動測試系統(tǒng)在汽車電子開發(fā)應(yīng)用的發(fā)展方向

（1）測試儀器虛擬化

使用具有更高性能的計算器，通過先進的軟件設(shè)計方法，能夠制作出通用性好、智能化程度高、開發(fā)維護速度低的虛擬儀器?，F(xiàn)在虛擬儀器已經(jīng)具有，和傳統(tǒng)儀器接近的數(shù)據(jù)處理速度，以及數(shù)據(jù)的準確度，但是占用的體積更小、重量更輕、搭建方式更靈活、技術(shù)更新速度更快。虛擬儀器能夠更加高效得產(chǎn)生傳統(tǒng)儀器難以發(fā)出的激勵信號，也可以很方便地讓實驗人員定制功能，開發(fā)新的測試儀器。所以虛擬儀器必然是ATE的未來發(fā)展方向。

（2）逐漸掌握ATS的核心技術(shù)

測試技術(shù)具有強技術(shù)開發(fā)和長時間經(jīng)驗積累的特征，需要長期投入科研，而且很難短期內(nèi)變現(xiàn)。長時間的資金以及人力的投入，對任何企業(yè)、組織而言都有較大難度困難。但是隨著ISO26262等安全標準的逐漸普及，汽車電子的安全可靠勢必面臨巨大挑戰(zhàn)，因此測試在汽車電子產(chǎn)品流中的重要性也日益提升。從戰(zhàn)略規(guī)劃的角度出發(fā)，國內(nèi)的主機廠已經(jīng)廣泛地與測試行業(yè)研究機構(gòu)及企業(yè)開展項目合作，相信在不遠的將來，能夠攻克高端ATS的技術(shù)壁壘，拉近與國際先進水平的距離。

（3）通用化和小型化

雖然需要測試的汽車電子產(chǎn)品越來越豐富，但是需要被采集的信號以及測試用的負載的種類卻相對穩(wěn)定，所以發(fā)展更具通用性的ATS，能夠大大減少開發(fā)成本和開發(fā)周期。此外，借助于新型的SOC技術(shù)和FPGA技術(shù)，開發(fā)出功能豐富，性能強大，穩(wěn)定性好，而且使用靈活的ATE變得越來越容易。針對汽車電子的主要使用場景，用于快速驗證產(chǎn)品的核心功能而設(shè)計出通用、小型、低成本ATE，是填補實驗室中高性能、大型ATE的缺口的極佳方案。相信在不遠的未來，小體積、具有更強便攜性和通用性的ATS將會逐漸涌現(xiàn)。

3 結(jié)語

在未來，汽車電子行業(yè)還會維持很長一段時間的高速發(fā)展，為保證我國能夠在汽車電子領(lǐng)域從追趕到領(lǐng)先，ATS技術(shù)的開發(fā)和使用也必須得到充分的重視。標準化的測試流程和測試方法，已經(jīng)在我國汽車和零部件廠商中廣泛被吸收和采納，但是ATE開發(fā)技術(shù)離自主產(chǎn)權(quán)化和標準化應(yīng)用還有很長的路要走。掌握自主開發(fā)ATE的能力、不斷提高設(shè)備的穩(wěn)定性、兼容性及使用效率，能夠極大地提升汽車各部位電子產(chǎn)品測試的速度和效率，有利于項目開發(fā)周期的穩(wěn)定，為車企節(jié)省大量的時間成本和人力成本，并滿足提升產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力、促進汽車電子技術(shù)健康高速發(fā)展方面的內(nèi)在需求。

【參考文獻】

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