基于虛擬儀器的新型汽車(chē)電子測試平臺

摘要： 針對汽車(chē)電子的測試要求的日益增高，本文介紹了一種基于虛擬儀器的測試平臺，可以極大地方便汽車(chē)電子產(chǎn)品的測試。

關(guān)鍵詞： 虛擬儀器；汽車(chē)測試；LabVIEW；PXI

隨著(zhù)半導體及軟件技術(shù)的快速發(fā)展，汽車(chē)電子在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中所占比例越來(lái)越大。從汽車(chē)的舒適性到穩定性乃至安全性的實(shí)現中，汽車(chē)電子產(chǎn)品都擔任著(zhù)至關(guān)重要的角色，并且正發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越廣泛的作用。汽車(chē)電子產(chǎn)品廠(chǎng)商也正面臨著(zhù)巨大的市場(chǎng)挑戰——提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本等等。

在這樣的條件下，對汽車(chē)電子產(chǎn)品的測試設備的要求日益增高，主要體現在以下方面。

復雜的測試要求

汽車(chē)電子產(chǎn)品在整車(chē)系統中的比例和實(shí)現的功能不斷增加，要求其具有豐富的功能；隨著(zhù)基于CAN、K-Line、LIN等總線(xiàn)的車(chē)身網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，還需要實(shí)現單個(gè)設備與整車(chē)網(wǎng)絡(luò )之間可靠的實(shí)時(shí)通訊。這都要求汽車(chē)電子產(chǎn)品出廠(chǎng)前需要經(jīng)歷復雜的功能和參數測試過(guò)程，從而保證產(chǎn)品滿(mǎn)足車(chē)廠(chǎng)所規定的功能上及質(zhì)量上的諸多要求。

嚴格的質(zhì)量管理流程

除了能夠實(shí)現測試功能，測試設備還需要保存測試數據、提供測試數據在線(xiàn)分析功能，并能方便地據此進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程統計(SPC)，如測量系統分析(MSA)和工序能力指數(Cpk)等，從而作為企業(yè)質(zhì)量管理的數據來(lái)源。

開(kāi)發(fā)與測試周期

目前汽車(chē)廠(chǎng)商推出新車(chē)型的周期越來(lái)越短，以滿(mǎn)足不斷發(fā)展的市場(chǎng)要求。對于在國外設計，國內生產(chǎn)的汽車(chē)電子產(chǎn)品而言，國內廠(chǎng)商需要在短時(shí)間內建立完整的測試線(xiàn)；而對于國內自主設計的汽車(chē)電子產(chǎn)品，往往要求測試線(xiàn)不但能夠進(jìn)行出廠(chǎng)前測試，還需要承擔部分設計驗證任務(wù)，因而在產(chǎn)品研發(fā)階段就要實(shí)現測試系統，同時(shí)需要預先考慮由于產(chǎn)品改進(jìn)而引起的測試設備變動(dòng)。

苛刻的時(shí)間要求還體現在提高測試效率上。對于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，利用功能單一、需要操作人員手工操作的傳統測試設備很難達到時(shí)間和質(zhì)量上的要求。因此使用自動(dòng)化測試設備成為提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量必不可少的條件。

成本控制

汽車(chē)電子廠(chǎng)商往往需要生產(chǎn)多種型號、具有類(lèi)似測試要求的產(chǎn)品，這就要求測試設備具有可復用性，可以簡(jiǎn)單的實(shí)現多種產(chǎn)品共用同一條測試線(xiàn)，以達到降低生產(chǎn)成本的目的，同時(shí)也降低了設備維護的開(kāi)支。

如果完全采用進(jìn)口測試設備，則設備的引進(jìn)及維護成本高、檢修周期長(cháng)，已經(jīng)有越來(lái)越多的廠(chǎng)商在考慮將進(jìn)口設備國產(chǎn)化，利用本地的供應商或自行開(kāi)發(fā)和維護。

由以上可見(jiàn)，在汽車(chē)電子產(chǎn)品測試中，所采用的測試設備是一種需要根據被測產(chǎn)品的不同而快速靈活定制、能夠提供豐富的測試功能、便于本土工程師快速開(kāi)發(fā)及維護的軟、硬件平臺。

測試平臺

針對以上應用需求，本文介紹一種基于虛擬儀器技術(shù)的汽車(chē)電子測試平臺，可以極大地方便各廠(chǎng)商進(jìn)行汽車(chē)電子產(chǎn)品測試。

圖 1 汽車(chē)電子測試平臺的構成

如圖1所示，該測試平臺基于虛擬儀器技術(shù)構建，由兩部分組成——軟件和硬件。硬件采用美國國家儀器公司(NI)的PXI模塊化儀器；軟件采用NI的LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言和TestStand測試管理軟件開(kāi)發(fā)。

硬件組成

PXI是一種專(zhuān)為工業(yè)數據采集與自動(dòng)化應用度身定制的模塊化儀器平臺，具備系統的模塊化、容易集成、容易裝卸和連接，以及方便提高設備同步與觸發(fā)精確度等卓越特性。

同時(shí)PXI模塊化儀器具有豐富的產(chǎn)品，如NI所生產(chǎn)的PXI模塊在汽車(chē)電子產(chǎn)品測試領(lǐng)域中所適用的有各種模擬和數字信號采集、調理、信號多路復用及矩陣連接控制、各種總線(xiàn)接口、射頻及任意信號發(fā)生器等等?？蔀槠?chē)電子廠(chǎng)商提供寬廣的選擇余地。

圖2示出一組典型的用于汽車(chē)電子產(chǎn)品檢測的PXI模塊化儀器，其中包括了基于Pentium CPU的PXI控制器、由數字萬(wàn)用表和多路復用開(kāi)關(guān)及矩陣開(kāi)關(guān)組成的多路電流、電壓測試系統、用于產(chǎn)生汽車(chē)收音機電臺信號的射頻信號發(fā)生器、汽車(chē)收音機音頻分析儀等設備。為了實(shí)現自動(dòng)化測試，汽車(chē)電子產(chǎn)品廠(chǎng)商通常利用產(chǎn)品本身具有的總線(xiàn)，如CAN、K-Line等，開(kāi)放特定的控制指令用于產(chǎn)品狀態(tài)控制，從而無(wú)需人工干預。因此在這些模塊化儀器中，通常包含一個(gè)總線(xiàn)控制器(如CAN、K-Line、LIN控制器等)。除此以外，通常配置一塊具有寬電壓輸入輸出和光隔的DIO卡，用于與自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)之間進(jìn)行時(shí)序同步和夾具控制等。

圖2 PXI 模塊化儀器的典型配置

圖2的示例中包括了各種經(jīng)常用到的汽車(chē)電子產(chǎn)品測試儀器。在大多數應用中，可以對上述模塊化儀器進(jìn)行定制，選用其中的一部分儀器，即可實(shí)現如汽車(chē)收音機(包括VCD/DVD/導航)、儀表板、行車(chē)記錄儀、HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioning)等產(chǎn)品在PCB及整機狀態(tài)下的功能及參數測試。

軟件組成

如圖3所示，汽車(chē)電子測試平臺中的軟件部分由產(chǎn)品驅動(dòng)程序、測試設備驅動(dòng)程序、測試項目實(shí)現、測試序列(Test Sequence)和用戶(hù)定制程序(如用戶(hù)操作界面、測試數據庫管理軟件)等部分組成。
產(chǎn)品驅動(dòng)程序——用于實(shí)現被測產(chǎn)品的程序控制，通常由各種總線(xiàn)方式(如CAN、K-Line、串口等)進(jìn)行控制。以達到無(wú)需人工設置產(chǎn)品狀態(tài)而進(jìn)行測試的目的。對于特定類(lèi)型的產(chǎn)品，需要進(jìn)行控制的參數通常是統一的，與型號無(wú)關(guān)的。例如對于汽車(chē)收音機的音頻測試，不論任何型號，所需要控制的參數通常有音量、波段、調諧頻率、音效控制等。從而保證在為新型號產(chǎn)品開(kāi)發(fā)測試軟件時(shí)，無(wú)需修改調用它們的函數，只需要重新開(kāi)發(fā)一組符合預先定義的接口類(lèi)型的收音機控制程序即可。

圖 3 汽車(chē)電子測試平臺的軟件結構

測試設備驅動(dòng)程序——主要指PXI模塊化儀器的驅動(dòng)，用于保證儀器的正常操作和向開(kāi)發(fā)者提供應用程序接口(API)。這一部分無(wú)需用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)，PXI模塊化儀器的生產(chǎn)廠(chǎng)商會(huì )隨硬件提供相應的驅動(dòng)程序，通常還具備界面簡(jiǎn)單、易操作的硬件管理環(huán)境(如NI的MAX)，通過(guò)這個(gè)硬件管理環(huán)境，用戶(hù)無(wú)需編程即可實(shí)現硬件自檢、手動(dòng)測試、硬件配置等功能。

測試項目實(shí)現部分——是產(chǎn)品驅動(dòng)程序和測試設備驅動(dòng)程序的結合。汽車(chē)電子產(chǎn)品廠(chǎng)商針對其不同產(chǎn)品，都會(huì )有特定的測試規范，而同一類(lèi)型產(chǎn)品的測試規范通常是相同的。一旦根據廠(chǎng)商的要求開(kāi)發(fā)完成，在構建同類(lèi)產(chǎn)品測試線(xiàn)時(shí)不用或很少更改測試項目的執行程序。

測試序列——按照廠(chǎng)商所有的測試要求，將測試項目組合起來(lái)，就構成了一個(gè)測試序列。在此平臺中，測試序列的表現形式為.seq文件(TestStand文件)。在這個(gè)測試序列中實(shí)現了所有的數據采集、分析、記錄功能。

用戶(hù)定制程序——包括用戶(hù)操作界面和測試數據庫管理軟件等。在此測試平臺中，用戶(hù)操作界面和測試數據庫管理軟件作為一個(gè)通用的組件，可以應用于各種產(chǎn)品的測試線(xiàn)上，而無(wú)需任何修改。

該軟件平臺具有以下特點(diǎn)：

* 同一個(gè)測試軟件平臺可以測試不同型號的同類(lèi)產(chǎn)品。

由于同類(lèi)產(chǎn)品的測試內容和測試方法通常是相似的，因此軟件中的測試項目實(shí)現部分只需要針對不同產(chǎn)品進(jìn)行相應的配置，就可用于所有具有相同測試方法的測試項目，用戶(hù)無(wú)需重新編寫(xiě)代碼。
* 同一個(gè)測試序列可以在不同測試站上運行。

考慮到產(chǎn)品平均出廠(chǎng)時(shí)間的限制，廠(chǎng)商在選擇PXI模塊化儀器時(shí)，通常會(huì )選用多個(gè)測試站來(lái)分擔全部測試時(shí)間。這些測試站可以具有相同或相似的配置，在某些測試站上還會(huì )采用GPIB儀器以充分利用現有資源。如果其中一臺測試站發(fā)生故障，該站上的測試軟件可以在無(wú)需重新編寫(xiě)程序的條件下完成測試站的互換，只需要更改測試設備的資源名稱(chēng)。而測試設備驅動(dòng)程序中已經(jīng)同時(shí)支持了PXI模塊化儀器和傳統GPIB儀器。

* 開(kāi)發(fā)及維護時(shí)間大大縮短

從圖3中可以看到，除了被測產(chǎn)品驅動(dòng)程序和測試序列會(huì )隨著(zhù)被測產(chǎn)品不同而變化，其它部分在一次開(kāi)發(fā)完成后無(wú)需或很少改動(dòng)。因此大多數情況下，無(wú)論是系統集成商還是廠(chǎng)商自己的開(kāi)發(fā)工程師都只需要將精力投入到特定的被測產(chǎn)品控制和實(shí)現測試序列上。

同時(shí)，由于在一個(gè)工廠(chǎng)內采用了統一的軟件平臺，極大地減少了軟件維護的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。不同的測試線(xiàn)對工程師的要求也趨于統一，從而降低了因人員流動(dòng)而造成的風(fēng)險。

應用實(shí)例

某汽車(chē)電子廠(chǎng)商選用了上海聚星儀器有限公司的汽車(chē)電子測試平臺組成汽車(chē)收音機的測試線(xiàn)，為了滿(mǎn)足產(chǎn)品Cycle Time的要求，采用七個(gè)PXI測試站來(lái)分擔上百個(gè)測試項目。其中兩個(gè)測試站進(jìn)行PCB形態(tài)的測試，如PCB上的測點(diǎn)電壓、電流等參數；另外的測試站均為整機形態(tài)的測試，如調校、CD/MP3、AM/FM、音效控制、寫(xiě)入產(chǎn)品追蹤及生產(chǎn)信息等等。如圖4所示。

圖 4 汽車(chē)電子測試平臺應用實(shí)例

每個(gè)測試站上運行不同的測試序列，但采用相同的用戶(hù)操作界面和測試數據管理軟件。

由于采用了基于虛擬儀器技術(shù)的汽車(chē)電子測試平臺，目前該測試線(xiàn)同時(shí)承擔了三種類(lèi)型、十幾個(gè)型號的汽車(chē)收音機自動(dòng)測試任務(wù)，而該測試平臺的維護只需要一個(gè)工程師即可完成。

結語(yǔ)

基于虛擬儀器技術(shù)的汽車(chē)電子測試平臺能夠有效的滿(mǎn)足日趨復雜的測試要求，提高測試線(xiàn)的開(kāi)發(fā)效率并降低生產(chǎn)成本，正逐漸成為汽車(chē)電子產(chǎn)品測試領(lǐng)域中新的趨勢。