汽車儀表盤測試驗證方法研究

張效銘

摘 要：本文針對過去人工測試汽車儀表效率低的現(xiàn)狀，提出一種高效的實驗室測試方法。該方法將硬件在環(huán)和機器視覺技術(shù)相結(jié)合，能有效地模擬整車測試環(huán)境并完成被測電控單元的自動化測試流程。實驗結(jié)果表明，此實驗室測試系統(tǒng)能實時模擬整車環(huán)境并通過智能相機進行實時采集和視覺分析，用上位機控制整個檢測流程，進而實現(xiàn)在模擬實際運行情況下對汽車儀表的自動化檢測。

關(guān)鍵詞：硬件在環(huán) 機器視覺 自動化測試 模擬整車環(huán)境

一、研究背景

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

一輛典型的現(xiàn)代轎車包含超過50個電子控制單元（ECU）。在這些電控單元中，儀表盤是汽車的重要組成部分，也是汽車正常行駛過程中不可缺少的關(guān)鍵配件，在汽車行駛過程中，儀表盤負責(zé)呈現(xiàn)汽車狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，主要包括車速里程表、轉(zhuǎn)速表、水溫表和燃油表及各種狀態(tài)指示燈等。早期的汽車儀表使用技術(shù)較為單一，基于機械作用力而工作的機械式儀表作為主要工作對象，機械式儀表盤只能為駕駛員提供汽車運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，外觀也比較單一，同時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汽車儀表逐漸成為市場的主流，并快速向TFT屏顯示加步進電機的方向發(fā)展。作為汽車在行駛過程中的狀態(tài)反饋界面，儀表盤是駕駛員在行駛過程中獲取汽車狀態(tài)的重要渠道，通過觀察儀表盤呈現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)，駕駛員可以判斷汽車在當(dāng)下的工作狀況，從而可以幫助駕駛員進行正確的操作來確保駕駛的安全性和正確性。同時，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。包括對娛樂、空調(diào)等娛樂設(shè)施進行監(jiān)管的功能，可以有效地支持駕駛員對行駛車輛的操控。因此，對儀表盤各功能模塊的驗證測試，已成為汽車整車測試中必不可缺的重要部分。

二、技術(shù)方法

為了能在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)汽車儀表盤的自動化測試，首先需要模擬一個真實的整車環(huán)境。硬件在環(huán)技術(shù)是一種基于模型仿真的新型測試方法。硬件在環(huán)技術(shù)是將車輛行為在虛擬的環(huán)境下進行實時仿真，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種ECU的設(shè)計驗證中。本文所述的汽車儀表盤測試驗證方法的技術(shù)路線如圖1所示。它主要由基于硬件在環(huán)的實時仿真器、機器視覺系統(tǒng)、低電壓仿真電源及自動化測試軟件等4個部分組成。

1.實時仿真器

作為主控制單元，運行模擬汽車儀表盤的仿真模型，以產(chǎn)生一個虛擬的運行環(huán)境，對被測電控單元進行功能驗證測試。

2.機器視覺系統(tǒng)

代替人眼實現(xiàn)對汽車組合儀表響應(yīng)的自動檢測。主要是開發(fā)圖像處理算法來實現(xiàn)模式識別、字符識別（如里程表顯示）、色彩識別（如指示燈的狀態(tài)檢測）、位置識別（如車速表的速度指示）等。

3.低電壓仿真電源

用于產(chǎn)生模擬汽車運行時電源低電壓的情況，以實現(xiàn)對被測電控單元可靠性、魯棒性的測試。

4.自動測試軟件

包括如下工作：提供控制界面，以實現(xiàn)手動，可選擇的單項測試操作;測試案例編寫;根據(jù)測試案例實現(xiàn)全自動測試，自動生成測試報告。

三、實驗及結(jié)果分析

1.實驗設(shè)置

實時仿真器是基于xPC Target平臺設(shè)計，仿真模型的開發(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。汽車儀表盤主要包括：

（1）報警指示燈;

（2）指針刻度表：車速表，發(fā)動機轉(zhuǎn)速表，冷卻液溫度表，燃油表;

（3）液晶顯示：車輛狀態(tài)液晶顯示，駕駛信息液晶顯示，小計和累計里程液晶顯示，倒車雷達液晶顯示，擋位液晶顯示;

（4）儀表背光照明;

（5）蜂鳴器提示音。

汽車啟動后，軟件控制的報警指示燈將根據(jù)定義自檢，自檢方式為點亮3秒。步進馬達控制儀表指針移動，步進馬達是由帶步進馬達驅(qū)動端口的儀表微處理器驅(qū)動的，微處理器控制步進馬達的偏轉(zhuǎn)角度。步進馬達的解析度為1/12度。步進馬達的運動應(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、晃動的現(xiàn)象。某型號汽車儀表盤各單元模塊的信號量控制方式如下表所示。

在系統(tǒng)通訊上，將實時仿真器與汽車儀表盤的ECU相連，在主機上建模，模型建完后編譯生成可執(zhí)行文件，將可執(zhí)行文件通過TCP/IP通訊下載到仿真測試設(shè)備中，實時地運行模型。仿真器通過模擬傳感器接收到的信號來控制儀表盤指示燈的亮滅、指示燈的顏色變換、儀表指針的轉(zhuǎn)動和字符等，主機通過RS232通訊控制相機，用智能相機代替人眼將檢測的結(jié)果通過TCP/IP通訊發(fā)送到主機，主機對接收到的結(jié)果進行判斷。

2.實驗結(jié)果分析

使用python編寫自動化測試腳本控制指示燈自動化測試整個流程。該型號儀表盤包括22個指示燈，每個指示燈的測試流程基本一致。以右轉(zhuǎn)燈為例，第一步為點火時狀態(tài)檢測，汽車點火自檢時部分指示燈參與自檢過程，應(yīng)當(dāng)檢測指定的指示燈能否保持3秒的點亮狀態(tài)。第二步為開關(guān)點亮檢測，當(dāng)開關(guān)打開時用智能相機檢測指示燈能否被點亮。第三步驗證指示燈的顏色，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)。第四步驗證指示燈的閃爍頻率。第五步為開關(guān)熄滅檢測，當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時用智能相機檢測指示燈能否熄滅。五步結(jié)束后點火狀態(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TCP/IP協(xié)議將汽車儀表的實時檢測結(jié)果發(fā)送到上位機上進行判斷，如果處理結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相符則認為是通過passed，否則為失敗failed。將每一步測試結(jié)果用一個變量表示，例如passed為1而failed為0，如果每一步測試結(jié)果都為passed即result1+result2+result3+result4+result5=5，可以判定右轉(zhuǎn)燈模塊測試結(jié)果為“通過”。

四、結(jié)論

本文所述的汽車儀表盤測試驗證方法最大的特點是可以在實驗室的環(huán)境下模擬真實的整車環(huán)境，并用一個智能相機實時采集和處理汽車儀表的狀態(tài)信息，整個實驗平臺在局域網(wǎng)的環(huán)境下進行，以進行方便的數(shù)據(jù)通訊和自動化流程的實現(xiàn)。該系統(tǒng)集成了硬件在環(huán)和機器視覺技術(shù)，用戶可以很方便地在上位機界面上進行手動功能測試，另外可以編寫python腳本程序控制自動化測試流程并將各模塊的測試結(jié)果統(tǒng)計到生成的測試報告中。多次實驗證明，該自動化測試平臺能很好地對汽車儀表盤的指示燈、指針、液晶屏顯示等模塊進行驗證，模擬的汽車點火時段也能方便地對儀表的電磁兼容性進行測試。該自動化測試平臺能根據(jù)各模塊的測試需求自動完成檢測過程。

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（作者單位：嘉興技師學(xué)院）