基于eCAR平臺的發(fā)動(dòng)機控制器測試系統

汽車(chē)中電子系統的數量和復雜程度正在不斷地增長(cháng)。如果把汽車(chē)生產(chǎn)總成本中的電子系統成本作為一項指標考慮，到2010年，電子系統成本在生產(chǎn)總成本中所占的份額已達三分之一，這一比例還有增加的趨勢。目前，新車(chē)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(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商可以更好的滿(mǎn)足客戶(hù)對于高性能，舒適性，通訊和娛樂(lè )的要求。為了將這些大量增長(cháng)的需求整合到現今的電子系統之中，今天的汽車(chē)已安裝了大量的傳感器、執行器、控制模塊和分布式系統。面對這樣的現狀，汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商需要一整套測試平臺，才能滿(mǎn)足這些日新月異的測試需求，并且，迫于產(chǎn)品周期的考慮，測試平臺必須具有更高的測試效率和靈活性。

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

eCAR平臺

eCAR汽車(chē)電子測試平臺采用模塊化硬件和通用的軟件，平臺可劃分為各個(gè)獨立的功能模塊，平臺架構如所圖1所示。測試平臺具有如下特點(diǎn)：

圖1：汽車(chē)電子測試平臺架構。

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

測試環(huán)境仿真技術(shù)：精確構建從設計到診斷的測試環(huán)境。測試平臺具有嚴格的激勵響應控制，獨立的資源和并行處理能力，同時(shí)能夠滿(mǎn)足信號仿真和可靠測量的要求。

高效開(kāi)關(guān)切換：測試平臺通過(guò)可程控負載與矩陣的結合，能夠有效地監測被測件的管腳在接入負載情況下的工作狀態(tài)。通過(guò)矩陣單元與測量?jì)x表的配合，高效地完成復雜的測試。

可靠的通用電氣系統：測試平臺利用通用電氣系統能夠滿(mǎn)足產(chǎn)線(xiàn)終檢設備自動(dòng)化測試的要求。其具有氣缸和電機等動(dòng)作控制，外部狀態(tài)讀取及電氣安全控制等能力。

為了滿(mǎn)足不同測試項目的實(shí)際測試需求，eCAR汽車(chē)電子測試平臺在通用架構的基礎上，搭配不同的硬件組件，可以滿(mǎn)足不同測試項目的需要。主要硬件模塊具體如下所列，且每類(lèi)模塊都包含有多個(gè)型號。

機架：用于防止測量?jì)x器和負載等。電源分配：為設備供電。PXI機箱：用于安裝PXI控制器和PXI板卡，可選8槽、14槽或18槽機箱。數字I/O：用于開(kāi)關(guān)量的讀取和控制?？偩€(xiàn)通訊：與被測件進(jìn)行總線(xiàn)通訊，可選CAN、K-Line或Flexray等總線(xiàn)。模擬I/O：模擬輸出部分包含靜態(tài)模擬輸出、PWM信號輸出、波形發(fā)生器和電阻信號輸出等信號發(fā)生模塊；模擬輸入部分包含數字化儀表、萬(wàn)用表和模擬電壓采集等模塊。開(kāi)關(guān)模塊：包括多路復用開(kāi)關(guān)和矩陣開(kāi)關(guān)，根據使用場(chǎng)合可選射頻開(kāi)關(guān)、電源切換開(kāi)關(guān)或低頻信號開(kāi)關(guān)。負載箱：為被測件提供負載，可選多路負載及負載參數。通用電氣：狀態(tài)輸入，用于接近開(kāi)關(guān)和光傳感器的信號輸入；執行輸出，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，以及硬件級響應切斷電源和起源等。編程電源：根據被測件的供電要求不同，有多種功率電源可供選擇。

eCAR汽車(chē)電子測試平臺的軟件功能模塊設計采用了組件式和插件式的設計理念，其基本涵蓋了生產(chǎn)線(xiàn)終檢測試設備的所有功能，主要包括：中英文界面、用戶(hù)管理、參數配置、樣件模式、產(chǎn)品模式、工程師模式、數據庫存儲、報表生成、數據瀏覽和MSA分析等。對于不同的用戶(hù)，測試功能可方便選配，其具有如下特點(diǎn)：豐富的硬件驅動(dòng)庫、硬件資源可配置、測試流程可編輯、專(zhuān)業(yè)的測試參量算法集和測試功能可選配等。平臺軟件具有以下特點(diǎn)：

自定義測試序列/流程：eCAR汽車(chē)電子測試平臺軟件的ATLAS語(yǔ)言解析器，可以方便客戶(hù)完成自定義測試序列/流程，提高測試系統的可擴展性。

豐富的硬件驅動(dòng)與總線(xiàn)通訊庫：考慮到汽車(chē)電子測試涉及到眾多的設備和協(xié)議，汽車(chē)電子測試平臺軟件提供了當今主流儀器的驅動(dòng)函數，并且支持客戶(hù)的自定義儀器驅動(dòng)。

行業(yè)專(zhuān)家算法庫：針對不同類(lèi)型的應用，平臺軟件提供了專(zhuān)業(yè)的行業(yè)專(zhuān)家算法庫。通過(guò)多種信號分析手段，結合數字信號處理技術(shù)，來(lái)最真實(shí)地還原信號的特征，表征被測對象的特點(diǎn)。

可互換儀器技術(shù)與硬件資源智能管理：考慮到測試系統未來(lái)的升級和換代需要，測試系統軟件部分對各種儀器都具有良好的兼容性，當系統需要更換所用儀器型號，甚至更換供應廠(chǎng)商的時(shí)候，軟件平臺可以無(wú)縫變更。

根據不同的汽車(chē)電子產(chǎn)品測試需求，選擇相應的硬件模塊及合理搭配平臺軟件，就可以設計出一套全新的測試系統。以下案例就是基于eCAR汽車(chē)電子測試平臺而進(jìn)行設計的。

發(fā)動(dòng)機控制器LTT測試系統

汽車(chē)電子產(chǎn)品中最為復雜的電子裝置是發(fā)動(dòng)機控制器。發(fā)動(dòng)機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別控制和其它外圍設備控制。實(shí)現這些控制需要采集大量的傳感器信號，如：MAP傳感器信號、油門(mén)踏板傳感器信號、節流閥位置傳感器信號、氧傳感器信號和溫度傳感器信號等。通常，發(fā)動(dòng)機控制器的管腳數目在100～200之間，這就要求測試系統能夠提供多種仿真信號，如電阻信號、開(kāi)關(guān)信號、PWM信號、正弦信號和靜態(tài)模擬信號等，并為控制器提供多達30路以上的負載通道。

此外，由于發(fā)動(dòng)機控制器的LTT(lift time test)測試要求在不同的環(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(cháng)時(shí)間地(長(cháng)達24天)不間斷運行，所以測試系統還需要提供獨立的儀器資源、負載資源以及供電系統。

采用eCAR汽車(chē)電子測試平臺搭建發(fā)動(dòng)機控制器LTT測試系統，所需選用的模塊化硬件見(jiàn)表1。

表1：發(fā)動(dòng)機控制器LTT測試系統模塊化硬件。

測試系統框圖如圖2所示。測試系統采用單上位機和多下位機的結構，上位機為工控機，下位機為T(mén)estUnit。工控機和TestUnit之間通過(guò)交換機連接，使用TCP/IP協(xié)議通訊。TestUnit中包含獨立的儀器資源、負載資源以及供電系統，每個(gè)TestUnit對應一個(gè)發(fā)動(dòng)機控制器。多個(gè)TestUnit可以并行獨立工作，對應不同的測試環(huán)境。測試系統最多可以擴展20個(gè)TestUnit(對應20個(gè)控制器)，同時(shí)在不同的環(huán)境下測試。

圖2：發(fā)動(dòng)機控制器LTT測試系統框圖。

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

圖3：TestUnit框圖。

圖4：TestUnit外觀(guān)。

豐富的儀器資源：包含110路數字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。

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

最高可達64路的可編程模擬負載通道。

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

方便的調試接口：輔助Harting接口，用于人工監測測試過(guò)程中的儀器工作狀態(tài)。

插卡式的模塊化設計，方便維護與升級。當發(fā)動(dòng)機控制器的型號發(fā)生變化，導致管腳定義和測試環(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、信號調理卡、模擬負載卡和開(kāi)關(guān)卡即可。

發(fā)動(dòng)機控制器LTT測試系統外觀(guān)如圖5所示(采用42U標準機柜)。發(fā)動(dòng)機控制器LTT測試系統的軟件采用eCAR汽車(chē)電子測試平臺的軟件進(jìn)行搭建，軟件主界面如圖6所示。測試系統軟件包含了自定義測試序列/流程、儀器管理、總線(xiàn)通訊和專(zhuān)家算法庫等eCAR平臺軟件中的基本功能。

圖5：發(fā)動(dòng)機控制器LTT測試系統外觀(guān)。

圖6：軟件主界面。

本文小結

汽車(chē)電子產(chǎn)品的測試要求正從簡(jiǎn)單的合格與否向多項性能指標測試進(jìn)行過(guò)渡。應對這些需求變化，eCAR平臺能為汽車(chē)電子產(chǎn)品測試提供標準的兼具靈活的硬件配置和可移植的軟件平臺，從而為其提供一種高效的解決方案。