汽車(chē)電子控制單元測試系統設計的過(guò)程分析

　SAE預測，到2010年，汽車(chē)中的電子設備平均將占到總價(jià)格的 40%!以美元為單位，2008年獨立半導體器件的銷(xiāo)售額約為200億(源自Databeans公司的市場(chǎng)調查)。這一數字因為眾所周知的原因在2009年將有所下降，但這是暫時(shí)性的，因為汽車(chē)里面已經(jīng)再也不能沒(méi)有電子設備了。噴射系統，燃油控制，導航，安全系統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(chē)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——我要強調的是“系統”，沒(méi)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集成商和/或ATE供應商提問(wèn)，并幫助您作出正確的選擇?！　?/P>

　　產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

　　當然，所有新設計的產(chǎn)品在發(fā)布之前都要經(jīng)過(guò)驗證與測試。在實(shí)驗室測試策略中HILs(Hardware In the Loop)越發(fā)顯得重要。一般來(lái)講，這是主要用于測試ECU在遇到外部故障情況時(shí)的響應，一般故障包括：丟失信號，短路到地或Vbat，或是錯誤數據。在 ATE行業(yè)中通常選擇故障注入開(kāi)關(guān)系統(Fault Insertions switching system)實(shí)現這種測試。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(chē)中ECU的安全性至關(guān)重要，所以高水平的此類(lèi)測試也同樣非常重要。

　　過(guò)程測試

　　在裝配和品質(zhì)測試的過(guò)程中，汽車(chē)工業(yè)在引進(jìn)新技術(shù)方面顯得有些保守。根據INEMI(International Electronics Manufacturing Initiative - http://www.inemi.org/)的報告，汽車(chē)工業(yè)在引進(jìn)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(dòng)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(chǎn)品低很多。另外，在未來(lái)一段時(shí)間內，汽車(chē)上的大部分時(shí)鐘也不會(huì )超過(guò)150MHz，測試點(diǎn)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(xiàn)測試)在未來(lái)幾年內仍將在裝配線(xiàn)上占據重要位置。

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

　　出于質(zhì)保和可靠性的考慮，在汽車(chē)工業(yè)中也非?？粗匕袮XI(Automatic X-Ray Inspection自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)檢測)做為測試策略的一部分。因為BGA封裝的器件引腳數很多，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、安全氣囊控制器、主動(dòng)式安全系統和線(xiàn)傳控制(X by Wire)等。因為汽車(chē)的轉向和剎車(chē)(即將實(shí)現)全電子控制，所以在不遠的將來(lái)，這些測試將至關(guān)重要。

　　因為光學(xué)檢查看不到BGA芯片底下的部分，而且事實(shí)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(jīng)濟衰退的影響，全世界年均新購的汽車(chē)數量仍高達5千萬(wàn)輛(數據源自Automotive News – http://www.autonews.com/)。

　　目前的 AXI系統檢測速度很低(3D X射線(xiàn)檢測約為0.6平方英寸/秒，2D X射線(xiàn)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(chē)業(yè)中也是個(gè)重要的考慮因素。在很多情況下，可以通過(guò)對ECU進(jìn)行部分X射線(xiàn)檢測，對其它部分采用AOI或ICT檢測的方式以保證生產(chǎn)線(xiàn)的效率。

　　各種不同類(lèi)型需求

　　EOL的復雜性決定了測試的困難度，因為這里的任務(wù)是模擬真實(shí)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中加以考慮，包括：

　　電源需求：電子控制單元決定何時(shí)驅動(dòng)如馬達和線(xiàn)圈等機電設備工作。按照當前的汽車(chē)電源總線(xiàn)的12V標準，這意味著(zhù)可能出現很大的電流–電動(dòng)助力轉向需要高達 100A!V8發(fā)動(dòng)機上的可變氣門(mén)執行器需要高達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(kāi)關(guān)規范和冷卻能力相當重要。

　　混合動(dòng)力汽車(chē)：動(dòng)力系統的點(diǎn)煙可能高達300V，但是大部分外圍設備——如車(chē)燈、娛樂(lè )與車(chē)載儀器設備——運行在很低的電壓下。所以在這類(lèi)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(chē)工業(yè)已經(jīng)接受了網(wǎng)絡(luò )的概念，或者按照他們自己的說(shuō)法叫做“多路連接”——按照汽車(chē)中各個(gè)ECU的連接結構。多路技術(shù)已經(jīng)用于顯示診斷、安全與性能等信息(例如速度表已經(jīng)不再由單獨的電纜來(lái)驅動(dòng))，并且現在也用于娛樂(lè )與導航方面。但是，實(shí)際上使用的協(xié)議過(guò)多是個(gè)問(wèn)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(xiàn)控和主動(dòng)安全保護的實(shí)時(shí)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(chēng)作FireWire)，這些通常用于娛樂(lè )和車(chē)載通訊的協(xié)議目前主要用于高端的汽車(chē)，將來(lái)如果價(jià)格降低也可以應用在中低端產(chǎn)品中。

　　有一些組織如AUTOSAR(Automotive Open System Architecture - http://www.autosar.org)正在尋求簡(jiǎn)化ECU開(kāi)發(fā)與互聯(lián)通訊的方法–但是實(shí)現起來(lái)需要一定時(shí)間。所以現在不論您是購買(mǎi)還是搭建的測試系統，您必須處理各種各樣的不同的協(xié)議。

　　RF應用：在汽車(chē)ECU測試中AM/FM廣播,RF與微波測試已經(jīng)應用更加廣泛。與移動(dòng)電話(huà)互聯(lián)的藍牙(Bluetooth?)接口已經(jīng)在低成本的汽車(chē)中廣泛應用。IEEE報道過(guò)使用BAP(Bluetooth Access Points)建立微型網(wǎng)絡(luò )的概念設計。這個(gè)設計的目標是可以避免設備識別時(shí)的沖突問(wèn)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(chē)距。

　　結束語(yǔ)

　　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!很明顯我在這里我無(wú)法給您全部的答案–相關(guān)的書(shū)籍已經(jīng)充分講解了這些話(huà)題。但是希望通過(guò)這篇文章您已經(jīng)有了多一些的想法，可以使您的工作更加輕松一點(diǎn)——也使我們的汽車(chē)更加安全和舒適。