關(guān)于智能座艙自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)研究

沈曉青， 尹成峰， 鄭 強(qiáng)

（寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司 路特斯項(xiàng)目研究院， 浙江 寧波 315336）

近年來，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展不斷推動(dòng)著交通出行、居住環(huán)境、購(gòu)物支付等生活各個(gè)方面的智能化、網(wǎng)聯(lián)化、自動(dòng)化。其中，汽車作為人們?nèi)粘３鲂兄胁豢苫蛉钡囊徊糠?，其研究熱度一直不減。座艙系統(tǒng)作為人機(jī)交互的主要入口，因此智能座艙的研究是實(shí)現(xiàn)汽車智能化至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。智能座艙，從測(cè)試設(shè)備角度來講，包含智能中控屏、液晶儀表屏、HUD以及一些其他零部件功能的域控制器，通過域控制器可以實(shí)現(xiàn)與人、車、路之間的智能交互。

周滿滿等人［1］分析了智能座艙技術(shù)對(duì)未來整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的影響，文中分析了國(guó)內(nèi)與未來智能座艙“作用力”和“反作用力”；劉毅剛［2］分析了智能座艙未來發(fā)展的趨勢(shì)，在文章中指出智能座艙的發(fā)展將會(huì)對(duì)現(xiàn)有智能生態(tài)環(huán)境進(jìn)行重組，使我們生活進(jìn)入大數(shù)據(jù)，萬(wàn)物互聯(lián)的第二次信息革命時(shí)代；杜莎［3］等人指出智能座艙最核心的問題是提高用戶體驗(yàn)。

基于以上分析，智能座艙將會(huì)打破智能生態(tài)圈，將當(dāng)前智能生態(tài)環(huán)境進(jìn)行重組，使我們進(jìn)入萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代。因此，智能座艙的落地，測(cè)試系統(tǒng)的搭建成為當(dāng)前研究的主要任務(wù)。本文提出的智能座艙測(cè)試系統(tǒng)主要集成了自動(dòng)化測(cè)試機(jī)柜、機(jī)器人測(cè)試箱和工控機(jī)，可完成信息娛樂的功能和性能自動(dòng)化測(cè)試，例如UI的功能邏輯驗(yàn)證、畫面流轉(zhuǎn)、多屏同步、語(yǔ)音交互、總線監(jiān)控仿真、響應(yīng)時(shí)間、流暢度等。在文章中，首先介紹了智能座艙的整體功能和整體測(cè)試方案，然后系統(tǒng)闡述了該測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件搭建。該智能座艙測(cè)試系統(tǒng)既具備傳統(tǒng)功能，同時(shí)還具備機(jī)器視覺領(lǐng)域和射頻領(lǐng)域的測(cè)試。

1 智能座艙測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

1.1 智能座艙測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為本文所設(shè)計(jì)的智能座艙測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖?；谡鎸?shí)娛樂系統(tǒng)主機(jī)，通過搭建機(jī)器人測(cè)試箱 （機(jī)械臂、定制化觸手、人工嘴、拾音器、高幀攝像頭、高清攝像頭、通用夾具）模擬真實(shí)用戶操作被測(cè)樣件的運(yùn)行狀態(tài)。自動(dòng)化測(cè)試機(jī)柜通過TCP/IP協(xié)議，或者USB3.0協(xié)議與機(jī)器人測(cè)試箱進(jìn)行信息的交互。通過EA程控電源來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人測(cè)試箱的上下電。該智能座艙測(cè)試集成系統(tǒng)對(duì)軟硬件設(shè)有預(yù)留接口，兼有可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備、不同屏幕尺寸的集成測(cè)試；同時(shí)，該測(cè)試系統(tǒng)中的被測(cè)樣件可靈活拆卸。

圖1 智能座艙測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

1.2 智能座艙測(cè)試系統(tǒng)功能

圖2為智能座艙測(cè)試系統(tǒng)整體功能示意圖。該測(cè)試系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的功能測(cè)試，同時(shí)還具備射頻測(cè)試和機(jī)器視覺測(cè)試。其中，傳統(tǒng)功能測(cè)試包含數(shù)字量模擬量信號(hào)采集、電氣故障注入測(cè)試、診斷功能測(cè)試、負(fù)載仿真以及極限環(huán)境測(cè)試等；機(jī)器視覺測(cè)試包含擬人操作 （單擊、雙擊、長(zhǎng)按、滑動(dòng)、拖拽、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作）、圖像抗干擾識(shí)別算法、HMI畫面功能驗(yàn)證、儀表顯示功能測(cè)試、語(yǔ)音交互仿真類測(cè)試、多屏交互擴(kuò)展測(cè)試、圖像注入、生物識(shí)別測(cè)試等；射頻領(lǐng)域的測(cè)試包含手機(jī)互聯(lián)測(cè)試、導(dǎo)航測(cè)試及錄制回放、網(wǎng)聯(lián)功能測(cè)試以及網(wǎng)聯(lián)性能測(cè)試等。

圖2 智能座艙測(cè)試系統(tǒng)整體功能示意圖

1.3 智能座艙自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)整體方案

本章主要從智能座艙整體結(jié)構(gòu)、整體功能以及實(shí)現(xiàn)方案3個(gè)方面對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行概述。該測(cè)試系統(tǒng)除了兼具傳統(tǒng)的測(cè)試功能外，還兼具機(jī)器視覺和智能網(wǎng)聯(lián)部分的相關(guān)測(cè)試。該系統(tǒng)的提出有效地減少了實(shí)車路試的次數(shù)，縮短開發(fā)時(shí)間和降低成本的同時(shí)提高ECU的軟件品質(zhì)，降低汽車廠的風(fēng)險(xiǎn)。智能座艙自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)整體方案如圖3所示。

圖3 智能座艙自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)整體方案

1.3.1 傳統(tǒng)測(cè)試部分

該測(cè)試平臺(tái)利用VT System板卡資源進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試環(huán)境的創(chuàng)建，提供控制器外部的工作環(huán)境，通過實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與CANoe相連接。在HIL測(cè)試過程中，當(dāng)下位機(jī)VT system收到上位機(jī)CANoe相應(yīng)指令時(shí)，下位機(jī)通過上位機(jī)相應(yīng)指令調(diào)用CAPL相關(guān)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)通道選擇、數(shù)/模信號(hào)的采集、PWM輸入輸出等功能。在傳統(tǒng)測(cè)試部分，利用CANoe模擬虛擬節(jié)點(diǎn)，板卡模擬真實(shí)開關(guān)與負(fù)載，從而完成總線信號(hào)監(jiān)控模擬、ECU控制策略、診斷DTC測(cè)試等工作。主要應(yīng)用場(chǎng)景有控制器功能測(cè)試、功能魯棒性測(cè)試、總線通信測(cè)試。

1.3.2 視覺測(cè)試部分

該測(cè)試平臺(tái)基于軟件LabVIEW和TestStand開發(fā)的，開發(fā)流程大多基于LabVIEW的VISION視覺處理部分，通過Lab－VIEW接入的攝像頭采集圖片，經(jīng)一系列圖像處理后進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)與識(shí)別。其中包括基準(zhǔn)坐標(biāo)定位及搜索區(qū)域配準(zhǔn)、圖標(biāo)模板匹配、指針模板匹配及量化處理 （轉(zhuǎn)速、時(shí)速轉(zhuǎn)化）、檢測(cè)到的圖標(biāo)顏色識(shí)別、中控報(bào)警文字識(shí)別 （OCR）、水溫（油量）的碼格檢測(cè)等。通過TestStand軟件與LabVIEW結(jié)合，編寫檢測(cè)序列，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳輸—檢測(cè)識(shí)別一體化，該系統(tǒng)具有完整性、實(shí)時(shí)性、易于二次開發(fā)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化識(shí)別流程控制。

1.3.3 網(wǎng)聯(lián)測(cè)試部分

本文所提出的智能座艙測(cè)試系統(tǒng)的網(wǎng)聯(lián)測(cè)試部分，虛擬仿真測(cè)試系統(tǒng)底層基于NI-PXI系統(tǒng)射頻收發(fā)儀表構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室射頻仿真環(huán)境，整套PXI系統(tǒng)配置高帶寬高性能機(jī)箱PXIe1095，以及高性能控制器PXIe-8880、多通道音頻采集仿真卡PXI-4461、射頻板卡PXIe-5840，可以完成GNSS仿真、FM/AM/HD-Radio/RDS/RBDS測(cè)試以及藍(lán)牙、WiFi等射頻相關(guān)測(cè)試、導(dǎo)航接收機(jī)測(cè)試、導(dǎo)航錄制和回放功能、音頻測(cè)試等，如圖4所示。

圖4 基于PXI系統(tǒng)射頻仿真結(jié)構(gòu)示意圖

該測(cè)試方案中的Device Under Test （DUT）采用的是LTE-V車載終端，通過PXI系統(tǒng)中的GNSS接口將從信號(hào)發(fā)生器中產(chǎn)生的連續(xù)變化的經(jīng)緯度值導(dǎo)入到DUT中，采用仿真模型來模擬三維交通場(chǎng)景，并將車輛的位置數(shù)據(jù)連續(xù)發(fā)送至GNSS模擬器，GNSS模擬器則根據(jù)預(yù)定義好的場(chǎng)景，生成相應(yīng)的GPS信號(hào)；同時(shí)可設(shè)定具體GPS衛(wèi)星數(shù)量和信號(hào)衰減，以測(cè)試接收器和被測(cè)控制器功能對(duì)不同GNSS信號(hào)的反饋，進(jìn)而完成相關(guān)的射頻功能相關(guān)測(cè)試。此外，利用PXIe-5840模塊還可以完成各種制式的車載無(wú)線廣播系統(tǒng)、藍(lán)牙、WiFi等相關(guān)功能的測(cè)試。

2 測(cè)試系統(tǒng)軟硬件組成

2.1 系統(tǒng)概述

整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)以VT工具鏈為核心，通過CANoe軟件配置PXI系統(tǒng)，設(shè)置軟件接口與硬件通道的映射，建立總線信號(hào)測(cè)試環(huán)境、硬線信號(hào)測(cè)試環(huán)境的測(cè)試工程；同時(shí)通過vTest－Studio軟件建立測(cè)試工程環(huán)境，與CANoe測(cè)試工程關(guān)聯(lián)，將總線信號(hào)、硬線資源通道、射頻信號(hào)變量、機(jī)器視覺相關(guān)變量全部加載到vTestStudio中，然后由vTestStudio編輯完成測(cè)試腳本導(dǎo)入到CANoe測(cè)試環(huán)境中，即可進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。軟硬件流程如圖5所示。

圖5 智能座艙測(cè)試系統(tǒng)軟硬件原理示意圖

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通過測(cè)試軟件用戶可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的功能自動(dòng)化測(cè)試、故障注入測(cè)試。整個(gè)軟件人機(jī)交互友好，運(yùn)行流暢。整體軟件方案以CANoe 為核心，vTestStudio為自動(dòng)化測(cè)試腳本編寫軟件，LabView將音視頻、射頻相關(guān)參數(shù)變量共享到CANoe中，然后再傳輸?shù)絭TestStudio中。同時(shí)自研軟件可提供機(jī)械手操控、圖像處理算法的封裝函數(shù)，供vTestStudio調(diào)用，或者封裝成dll加載到CANoe的虛擬節(jié)點(diǎn)中觸發(fā)。圖6為基于VT自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖。

圖6 基于VT自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖

2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該智能座艙測(cè)試系統(tǒng)對(duì)單節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)集成測(cè)試進(jìn)行搭建，被測(cè)模塊所需的輸入激勵(lì)信號(hào)由VT信號(hào)模擬板卡提供、屏幕操控由機(jī)械臂/ADB指令完成、圖像采集通過采集板卡/攝像頭/ADB指令獲取截圖完成、射頻信號(hào)由PXI系統(tǒng)模擬完成，輸出信號(hào)由VT采集板卡以及PXI系統(tǒng)進(jìn)行采集監(jiān)控，系統(tǒng)搭建完成后不需要更改硬件線路即可實(shí)現(xiàn)單節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)集成的測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)硬件連接原理如圖7所示。該平臺(tái)在以下現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件下，可以確保安裝及長(zhǎng)期穩(wěn)定正常工作。

圖7 測(cè)試系統(tǒng)硬件連接原理

環(huán)境要求如下。

使用溫度：0℃～+50℃；存儲(chǔ)溫度：-20℃～+50℃；相對(duì)濕度：小于90%；工作電源：220V±10%單相，頻率50Hz±2%。

硬件配置及要求如下。

1）VT機(jī)箱及板卡。為測(cè)試系統(tǒng)的核心，主要包括VT機(jī)箱、VN1640模塊、VT數(shù)字量板卡、VT模擬量板卡、VT負(fù)載板卡、VT故障注入板卡、CAN/LIN板卡等。板卡覆蓋的功能包含：數(shù)字I/O、模擬I/O、PWM I/O、輸出電阻控制、模擬溫度、油量等特殊傳感器、收發(fā)CAN/LIN報(bào)文等，可為被測(cè)模塊提供輸入激勵(lì)信號(hào)，并能對(duì)模塊輸出信號(hào)進(jìn)行采集監(jiān)控。

2）程控電源。選用菊水電源PBZ40-30，可實(shí)現(xiàn)整車模塊帶負(fù)載測(cè)試供電，并通過VT7001A板卡實(shí)現(xiàn)模塊電源管理（KL30、KL15）相關(guān)模擬。

3）PXI系統(tǒng)。PXI機(jī)箱配置PXI-8880主控制器、PXI-5840以及Averna的工具包可實(shí)現(xiàn)射頻相關(guān)測(cè)試。

4）機(jī)器人測(cè)試箱。配置三軸或六軸多工位機(jī)械臂提供前端屏幕或者觸控開關(guān)的操控，配置高幀和高清攝像頭提供后端圖像信息的采集，通過抗干擾圖像算法來識(shí)別圖像信息是否正確，通過配置人工嘴和拾音器來完成語(yǔ)音交互相關(guān)測(cè)試。

5）機(jī)柜電源控制箱。提供整個(gè)系統(tǒng)供電，具有短路保護(hù)功能，具有緊急停止按鈕，可以防止實(shí)驗(yàn)室突然斷電或短路等不正常狀況引起的設(shè)備損壞，具有自我保護(hù)功能，具有雙位開關(guān)，可以獨(dú)立啟動(dòng)和關(guān)閉。

6）工控機(jī)和顯示器。I7處理器、內(nèi)存16G、硬盤512固態(tài)+1T機(jī)械硬盤，具有6個(gè)USB3.0接口、2個(gè)COM接口記憶TCP/IP接口、2個(gè)網(wǎng)口、4個(gè)RS232接口、正版64位WIN10系統(tǒng)、27寸顯示器。

3 結(jié)論

座艙系統(tǒng)作為人機(jī)交互的主要入口，是駕駛員最容易察覺故障的系統(tǒng)，因此座艙系統(tǒng)的測(cè)試在整車開發(fā)過程中起到了舉足輕重的作用。本文結(jié)合視覺算法和雷達(dá)射頻等技術(shù)，提出了一種智能座艙自動(dòng)化測(cè)試HIL系統(tǒng)。該系統(tǒng)兼具傳統(tǒng)功能、機(jī)器視覺功能和射頻領(lǐng)域的自動(dòng)化測(cè)試功能。在文章中，從3個(gè)方面對(duì)該智能座艙測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行闡述：智能座艙的整體結(jié)構(gòu)、整體功能以及設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了該測(cè)試系統(tǒng)軟硬件等相關(guān)設(shè)計(jì)。該智能座艙測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了測(cè)試效率，縮短了整車開發(fā)周期。