汽車電子控制單元測試系統(tǒng)設計的過程分析

　SAE預測，到2010年，汽車中的電子設備平均將占到總價格的 40%!以美元為單位，2008年獨立半導體器件的銷售額約為200億(源自Databeans公司的市場調查)。這一數(shù)字因為眾所周知的原因在2009年將有所下降，但這是暫時性的，因為汽車里面已經再也不能沒有電子設備了。噴射系統(tǒng)，燃油控制，導航，安全系統(tǒng)全部在由電子設備控制。

　　所以，作為測試工程師，我們該如何處理下一代汽車電子控制單元(ElectronicControl Unit，ECU)裝配之前的復雜測試呢?什么樣的測試系統(tǒng)——我要強調的是“系統(tǒng)”，沒有任何單一的ATE平臺能夠完成所有的測試工作——是最合適的。在這篇短文中，我將努力使您更加了解各種應用與測試策略。至少我希望幫助您理清思路，這樣您可以更加準確地向系統(tǒng)集成商和/或ATE供應商提問，并幫助您作出正確的選擇?！　?/P>

　　產品開發(fā)

　　當然，所有新設計的產品在發(fā)布之前都要經過驗證與測試。在實驗室測試策略中HILs(Hardware In the Loop)越發(fā)顯得重要。一般來講，這是主要用于測試ECU在遇到外部故障情況時的響應，一般故障包括：丟失信號，短路到地或Vbat，或是錯誤數(shù)據(jù)。在 ATE行業(yè)中通常選擇故障注入開關系統(tǒng)(Fault Insertions switching system)實現(xiàn)這種測試。有幾家公司提供我上面提到的故障生成/注入的硬件設備。因為在汽車中ECU的安全性至關重要，所以高水平的此類測試也同樣非常重要。

　　過程測試

　　在裝配和品質測試的過程中，汽車工業(yè)在引進新技術方面顯得有些保守。根據(jù)INEMI(International Electronics Manufacturing Initiative - http://www.inemi.org/)的報告，汽車工業(yè)在引進小尺寸封裝的PCB方面落后于其它行業(yè)。主要的影響因素是使用環(huán)境——溫度范圍 -40~+250攝氏度(尾氣傳感器的工作溫度可達580攝氏度)，多G的震動都要求其結構設計標準要遠高于一般行業(yè)，如家用電腦。原器件密度也同樣比其它消費產品低很多。另外，在未來一段時間內，汽車上的大部分時鐘也不會超過150MHz，測試點仍舊是在機械和電氣上可觸及的形式。這些信息表明ICT測試(In-circuit testing在線測試)在未來幾年內仍將在裝配線上占據(jù)重要位置。

　　AOI(Automated Optical Inspection自動光學檢查)也很重要。對于電氣連接受限的ECU，AOI是最經濟的加工測試方法。由于汽車ECU通常包含很多大功率——同時也是大尺寸的——器件如繼電器、線圈等，所以光學檢測時相機的高度和對ECU上大小器件同時對焦的能力非常重要。

　　出于質保和可靠性的考慮，在汽車工業(yè)中也非?？粗匕袮XI(Automatic X-Ray Inspection自動X射線檢測)做為測試策略的一部分。因為BGA封裝的器件引腳數(shù)很多，所以驗證所有引腳都焊接牢固非常重要，特別是對于那些涉及到安全性的ECU：如ABS防抱死系統(tǒng)、安全氣囊控制器、主動式安全系統(tǒng)和線傳控制(X by Wire)等。因為汽車的轉向和剎車(即將實現(xiàn))全電子控制，所以在不遠的將來，這些測試將至關重要。

　　因為光學檢查看不到BGA芯片底下的部分，而且事實上不是所有的I/O都有引出端，所以AXI在測試策略中的重要性日益提高。盡管受到2008和2009經濟衰退的影響，全世界年均新購的汽車數(shù)量仍高達5千萬輛(數(shù)據(jù)源自Automotive News – http://www.autonews.com/)。

　　目前的 AXI系統(tǒng)檢測速度很低(3D X射線檢測約為0.6平方英寸/秒，2D X射線檢測約為6平方英寸/秒)。如果提高檢測速度則ATE制造商也要相應提高設備的分析速度，由此導致的成本上升在對成本敏感的汽車業(yè)中也是個重要的考慮因素。在很多情況下，可以通過對ECU進行部分X射線檢測，對其它部分采用AOI或ICT檢測的方式以保證生產線的效率。

　　各種不同類型需求

　　EOL的復雜性決定了測試的困難度，因為這里的任務是模擬真實的工作環(huán)境，所以完成這些復雜的測試需要做完善的計劃。ECU有一些需求要在功能測試系統(tǒng)中加以考慮，包括：

　　電源需求：電子控制單元決定何時驅動如馬達和線圈等機電設備工作。按照當前的汽車電源總線的12V標準，這意味著可能出現(xiàn)很大的電流–電動助力轉向需要高達 100A!V8發(fā)動機上的可變氣門執(zhí)行器需要高達2400W的峰值功率!相當于12V電壓下電流峰值可達200A!所以合適的開關規(guī)范和冷卻能力相當重要。

　　混合動力汽車：動力系統(tǒng)的點煙可能高達300V，但是大部分外圍設備——如車燈、娛樂與車載儀器設備——運行在很低的電壓下。所以在這類設計中通常有電壓轉換。而且因為300VDC的電壓比較危險，所以測試計劃中必須考慮隔離測試以保證安全性。

　　串行通訊：汽車工業(yè)已經接受了網絡的概念，或者按照他們自己的說法叫做“多路連接”——按照汽車中各個ECU的連接結構。多路技術已經用于顯示診斷、安全與性能等信息(例如速度表已經不再由單獨的電纜來驅動)，并且現(xiàn)在也用于娛樂與導航方面。但是，實際上使用的協(xié)議過多是個問題。

　　CAN(Controller Area Network)是應用最廣泛的，K-Line和LIN(Local Interconnect Network)也應用比較廣泛。還有其它如用于電傳線控和主動安全保護的實時協(xié)議如FlexRay和TTP(Time-Triggered Protocol)以及光纖協(xié)議如MOST(Media Oriented System Transport)和IDB1394(派生自IEEE-1394,或稱作FireWire)，這些通常用于娛樂和車載通訊的協(xié)議目前主要用于高端的汽車，將來如果價格降低也可以應用在中低端產品中。

　　有一些組織如AUTOSAR(Automotive Open System Architecture - http://www.autosar.org)正在尋求簡化ECU開發(fā)與互聯(lián)通訊的方法–但是實現(xiàn)起來需要一定時間。所以現(xiàn)在不論您是購買還是搭建的測試系統(tǒng)，您必須處理各種各樣的不同的協(xié)議。

　　RF應用：在汽車ECU測試中AM/FM廣播,RF與微波測試已經應用更加廣泛。與移動電話互聯(lián)的藍牙(Bluetooth?)接口已經在低成本的汽車中廣泛應用。IEEE報道過使用BAP(Bluetooth Access Points)建立微型網絡的概念設計。這個設計的目標是可以避免設備識別時的沖突問題。最后，還有交互式巡航控制，主要使用雷達波段(40GHz)用于保持安全車距。

　　結束語

　　電壓12V到300V–電流最高達200A–帶寬從DC到光波–這是多么巨大的挑戰(zhàn)!很明顯我在這里我無法給您全部的答案–相關的書籍已經充分講解了這些話題。但是希望通過這篇文章您已經有了多一些的想法，可以使您的工作更加輕松一點——也使我們的汽車更加安全和舒適。