基于eCAR平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器測(cè)試系統(tǒng)

汽車中電子系統(tǒng)的數(shù)量和復(fù)雜程度正在不斷地增長(zhǎng)。如果把汽車生產(chǎn)總成本中的電子系統(tǒng)成本作為一項(xiàng)指標(biāo)考慮，到2010年，電子系統(tǒng)成本在生產(chǎn)總成本中所占的份額已達(dá)三分之一，這一比例還有增加的趨勢(shì)。目前，新車中約有90%以上的創(chuàng)新都基于電子產(chǎn)品，這些創(chuàng)新使得汽車生產(chǎn)廠商可以更好的滿足客戶對(duì)于高性能，舒適性，通訊和娛樂(lè)的要求。為了將這些大量增長(zhǎng)的需求整合到現(xiàn)今的電子系統(tǒng)之中，今天的汽車已安裝了大量的傳感器、執(zhí)行器、控制模塊和分布式系統(tǒng)。面對(duì)這樣的現(xiàn)狀，汽車生產(chǎn)廠商需要一整套測(cè)試平臺(tái)，才能滿足這些日新月異的測(cè)試需求，并且，迫于產(chǎn)品周期的考慮，測(cè)試平臺(tái)必須具有更高的測(cè)試效率和靈活性。

在這樣的背景下，北京泛華恒興科技有限公司結(jié)合十多年的汽車電子測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，推出了全新的汽車電子測(cè)試平臺(tái)eCAR。該平臺(tái)是針對(duì)汽車電子測(cè)試需求而研發(fā)的綜合性測(cè)試平臺(tái)。通過(guò)可擴(kuò)展的架構(gòu)以及模塊化設(shè)計(jì)，此平臺(tái)可以為汽車電子測(cè)試提供一系列的解決方案，并且能夠被快速地轉(zhuǎn)型來(lái)完成全新的測(cè)試任務(wù)。

eCAR平臺(tái)

eCAR汽車電子測(cè)試平臺(tái)采用模塊化硬件和通用的軟件，平臺(tái)可劃分為各個(gè)獨(dú)立的功能模塊，平臺(tái)架構(gòu)如所圖1所示。測(cè)試平臺(tái)具有如下特點(diǎn)：

圖1：汽車電子測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)。

開放的混合總線架構(gòu)：測(cè)試平臺(tái)基于PXI平臺(tái)，可保證測(cè)試與控制的高效性，同時(shí)平臺(tái)集合了Ethernet、GPIB、RS232、CAN、K-Line和FlexRay等各種通信總線。這種開放的混合總線架構(gòu)，使各種儀器資源都能在該平臺(tái)下被最優(yōu)化使用。

測(cè)試環(huán)境仿真技術(shù)：精確構(gòu)建從設(shè)計(jì)到診斷的測(cè)試環(huán)境。測(cè)試平臺(tái)具有嚴(yán)格的激勵(lì)響應(yīng)控制，獨(dú)立的資源和并行處理能力，同時(shí)能夠滿足信號(hào)仿真和可靠測(cè)量的要求。

高效開關(guān)切換：測(cè)試平臺(tái)通過(guò)可程控負(fù)載與矩陣的結(jié)合，能夠有效地監(jiān)測(cè)被測(cè)件的管腳在接入負(fù)載情況下的工作狀態(tài)。通過(guò)矩陣單元與測(cè)量?jī)x表的配合，高效地完成復(fù)雜的測(cè)試。

可靠的通用電氣系統(tǒng)：測(cè)試平臺(tái)利用通用電氣系統(tǒng)能夠滿足產(chǎn)線終檢設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試的要求。其具有氣缸和電機(jī)等動(dòng)作控制，外部狀態(tài)讀取及電氣安全控制等能力。

為了滿足不同測(cè)試項(xiàng)目的實(shí)際測(cè)試需求，eCAR汽車電子測(cè)試平臺(tái)在通用架構(gòu)的基礎(chǔ)上，搭配不同的硬件組件，可以滿足不同測(cè)試項(xiàng)目的需要。主要硬件模塊具體如下所列，且每類模塊都包含有多個(gè)型號(hào)。

機(jī)架：用于防止測(cè)量?jī)x器和負(fù)載等。電源分配：為設(shè)備供電。PXI機(jī)箱：用于安裝PXI控制器和PXI板卡，可選8槽、14槽或18槽機(jī)箱。數(shù)字I/O：用于開關(guān)量的讀取和控制?？偩€通訊：與被測(cè)件進(jìn)行總線通訊，可選CAN、K-Line或Flexray等總線。模擬I/O：模擬輸出部分包含靜態(tài)模擬輸出、PWM信號(hào)輸出、波形發(fā)生器和電阻信號(hào)輸出等信號(hào)發(fā)生模塊；模擬輸入部分包含數(shù)字化儀表、萬(wàn)用表和模擬電壓采集等模塊。開關(guān)模塊：包括多路復(fù)用開關(guān)和矩陣開關(guān)，根據(jù)使用場(chǎng)合可選射頻開關(guān)、電源切換開關(guān)或低頻信號(hào)開關(guān)。負(fù)載箱：為被測(cè)件提供負(fù)載，可選多路負(fù)載及負(fù)載參數(shù)。通用電氣：狀態(tài)輸入，用于接近開關(guān)和光傳感器的信號(hào)輸入；執(zhí)行輸出，用于氣動(dòng)閥體和指示燈等控制；安全控制，用于安全光柵和急停按鈕等狀態(tài)的檢測(cè)，以及硬件級(jí)響應(yīng)切斷電源和起源等。編程電源：根據(jù)被測(cè)件的供電要求不同，有多種功率電源可供選擇。

eCAR汽車電子測(cè)試平臺(tái)的軟件功能模塊設(shè)計(jì)采用了組件式和插件式的設(shè)計(jì)理念，其基本涵蓋了生產(chǎn)線終檢測(cè)試設(shè)備的所有功能，主要包括：中英文界面、用戶管理、參數(shù)配置、樣件模式、產(chǎn)品模式、工程師模式、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、報(bào)表生成、數(shù)據(jù)瀏覽和MSA分析等。對(duì)于不同的用戶，測(cè)試功能可方便選配，其具有如下特點(diǎn)：豐富的硬件驅(qū)動(dòng)庫(kù)、硬件資源可配置、測(cè)試流程可編輯、專業(yè)的測(cè)試參量算法集和測(cè)試功能可選配等。平臺(tái)軟件具有以下特點(diǎn)：

自定義測(cè)試序列/流程：eCAR汽車電子測(cè)試平臺(tái)軟件的ATLAS語(yǔ)言解析器，可以方便客戶完成自定義測(cè)試序列/流程，提高測(cè)試系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

豐富的硬件驅(qū)動(dòng)與總線通訊庫(kù)：考慮到汽車電子測(cè)試涉及到眾多的設(shè)備和協(xié)議，汽車電子測(cè)試平臺(tái)軟件提供了當(dāng)今主流儀器的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，并且支持客戶的自定義儀器驅(qū)動(dòng)。

行業(yè)專家算法庫(kù)：針對(duì)不同類型的應(yīng)用，平臺(tái)軟件提供了專業(yè)的行業(yè)專家算法庫(kù)。通過(guò)多種信號(hào)分析手段，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，來(lái)最真實(shí)地還原信號(hào)的特征，表征被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)。

可互換儀器技術(shù)與硬件資源智能管理：考慮到測(cè)試系統(tǒng)未來(lái)的升級(jí)和換代需要，測(cè)試系統(tǒng)軟件部分對(duì)各種儀器都具有良好的兼容性，當(dāng)系統(tǒng)需要更換所用儀器型號(hào)，甚至更換供應(yīng)廠商的時(shí)候，軟件平臺(tái)可以無(wú)縫變更。

根據(jù)不同的汽車電子產(chǎn)品測(cè)試需求，選擇相應(yīng)的硬件模塊及合理搭配平臺(tái)軟件，就可以設(shè)計(jì)出一套全新的測(cè)試系統(tǒng)。以下案例就是基于eCAR汽車電子測(cè)試平臺(tái)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制器LTT測(cè)試系統(tǒng)

汽車電子產(chǎn)品中最為復(fù)雜的電子裝置是發(fā)動(dòng)機(jī)控制器。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的作用包括點(diǎn)火控制、燃油注入控制、發(fā)動(dòng)控制、渦輪增壓器維持的增壓級(jí)別控制和其它外圍設(shè)備控制。實(shí)現(xiàn)這些控制需要采集大量的傳感器信號(hào)，如：MAP傳感器信號(hào)、油門踏板傳感器信號(hào)、節(jié)流閥位置傳感器信號(hào)、氧傳感器信號(hào)和溫度傳感器信號(hào)等。通常，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的管腳數(shù)目在100～200之間，這就要求測(cè)試系統(tǒng)能夠提供多種仿真信號(hào)，如電阻信號(hào)、開關(guān)信號(hào)、PWM信號(hào)、正弦信號(hào)和靜態(tài)模擬信號(hào)等，并為控制器提供多達(dá)30路以上的負(fù)載通道。

此外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的LTT(lift time test)測(cè)試要求在不同的環(huán)境(高溫環(huán)境、低溫環(huán)境、震動(dòng)環(huán)境和高濕度環(huán)境等)下長(zhǎng)時(shí)間地(長(zhǎng)達(dá)24天)不間斷運(yùn)行，所以測(cè)試系統(tǒng)還需要提供獨(dú)立的儀器資源、負(fù)載資源以及供電系統(tǒng)。

采用eCAR汽車電子測(cè)試平臺(tái)搭建發(fā)動(dòng)機(jī)控制器LTT測(cè)試系統(tǒng)，所需選用的模塊化硬件見(jiàn)表1。

表1：發(fā)動(dòng)機(jī)控制器LTT測(cè)試系統(tǒng)模塊化硬件。

測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖2所示。測(cè)試系統(tǒng)采用單上位機(jī)和多下位機(jī)的結(jié)構(gòu)，上位機(jī)為工控機(jī)，下位機(jī)為TestUnit。工控機(jī)和TestUnit之間通過(guò)交換機(jī)連接，使用TCP/IP協(xié)議通訊。TestUnit中包含獨(dú)立的儀器資源、負(fù)載資源以及供電系統(tǒng)，每個(gè)TestUnit對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器。多個(gè)TestUnit可以并行獨(dú)立工作，對(duì)應(yīng)不同的測(cè)試環(huán)境。測(cè)試系統(tǒng)最多可以擴(kuò)展20個(gè)TestUnit(對(duì)應(yīng)20個(gè)控制器)，同時(shí)在不同的環(huán)境下測(cè)試。

圖2：發(fā)動(dòng)機(jī)控制器LTT測(cè)試系統(tǒng)框圖。

TestUnit的系統(tǒng)框圖如圖3所示，其外觀如圖4所示。TestUnit具有如下特點(diǎn)：

圖3：TestUnit框圖。

圖4：TestUnit外觀。

豐富的儀器資源：包含110路數(shù)字I/O通道、32路16位分辨率的模擬輸入通道(共享250kS/s采樣率)和4路16位分辨率的模擬輸出通道。

強(qiáng)大的通訊能力：高速(1Mbit/s)CAN總線、K-Line總線，可擴(kuò)展的LIN、Flexray總線。

最高可達(dá)64路的可編程模擬負(fù)載通道。

快速的連接：通過(guò)一個(gè)150針的Harting接頭與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行連接。

方便的調(diào)試接口：輔助Harting接口，用于人工監(jiān)測(cè)測(cè)試過(guò)程中的儀器工作狀態(tài)。

插卡式的模塊化設(shè)計(jì)，方便維護(hù)與升級(jí)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的型號(hào)發(fā)生變化，導(dǎo)致管腳定義和測(cè)試環(huán)境等變化時(shí)，無(wú)需更換TestUnit昂貴的儀器資源，僅需選擇性地更換編程電阻卡、信號(hào)調(diào)理卡、模擬負(fù)載卡和開關(guān)卡即可。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制器LTT測(cè)試系統(tǒng)外觀如圖5所示(采用42U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器LTT測(cè)試系統(tǒng)的軟件采用eCAR汽車電子測(cè)試平臺(tái)的軟件進(jìn)行搭建，軟件主界面如圖6所示。測(cè)試系統(tǒng)軟件包含了自定義測(cè)試序列/流程、儀器管理、總線通訊和專家算法庫(kù)等eCAR平臺(tái)軟件中的基本功能。

圖5：發(fā)動(dòng)機(jī)控制器LTT測(cè)試系統(tǒng)外觀。

圖6：軟件主界面。

本文小結(jié)

汽車電子產(chǎn)品的測(cè)試要求正從簡(jiǎn)單的合格與否向多項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試進(jìn)行過(guò)渡。應(yīng)對(duì)這些需求變化，eCAR平臺(tái)能為汽車電子產(chǎn)品測(cè)試提供標(biāo)準(zhǔn)的兼具靈活的硬件配置和可移植的軟件平臺(tái)，從而為其提供一種高效的解決方案。