基于Keysight設備的汽車電子測試系統

胡艷君，　董世鋼,　張　磊

(1.大陸汽車電子(長春)有限公司 測試工程部, 吉林 長春　130000；2.長春汽車工業高等專科學校 機械工程學院, 吉林 長春　130011)

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基于Keysight設備的汽車電子測試系統

胡艷君1，董世鋼2,張磊1

(1.大陸汽車電子(長春)有限公司 測試工程部, 吉林 長春130000；2.長春汽車工業高等專科學校 機械工程學院, 吉林 長春130011)

摘要：設計了一種汽車電子測試系統,以安全氣囊控制單元(ECU)作為測試實例，詳細闡述了軟硬件的設計，完成了安全氣囊控制單元撞擊場景的模擬測試。

關鍵詞：汽車電子; 測試系統;TS-5400

0引言

隨著半導體技術的飛速發展，電子技術得以應用到汽車領域。汽車更新換代的很大一部分正是得益于電子設備的加入,使汽車的安全性、舒適性、操作性方面都得到前所未有的提高[1]。同時,由于電子技術的不斷加入,使得汽車電子生產和測試的復雜度大大增加,需要汽車電子零部件廠商供應百分之百合格的汽車電子產品,還需要對每一個汽車電子產品進行嚴格的測試，并長期保留測試結果。要求在導入國外或國內的測試技術和設備時,測試設備需具有高穩定、高標準化、高網絡化、功能全面的屬性,以及為生產線操作人員提供簡單易懂顯示界面等特點[2]。Keysight公司的TS-5400測試系統硬件集成了可編程電源、可編程開關矩陣卡、工業控制計算機(IPC)、傳感器模擬箱等組件，軟件是基于Keysight自行研發的測試軟件TestExecSL，此軟件語法簡單、編寫容易，無需技術人員學習語言復雜的語法邏輯，能夠為操作人員提供便于操作的人機交互界面。因此，該系統具有較高的穩定性、豐富的擴展性、網絡的共享性、操作的簡便易行性等優勢。文中以安全氣囊控制單元(ECU)為例，使用Keysight公司的TS-5400功能測試系統，對安全氣囊控制單元在汽車碰撞場景下進行模擬測試(以下稱為碰撞測試)，測試過的產品完全滿足客戶需求。

1系統方案

該測試系統硬件集成了可編程電源、可編程的開關矩陣卡、可編程的測試儀器儀表板卡主機(Mainfram)、IPC、傳感器模擬箱等模塊。其模塊間的連接都是GPIB、PCI、VXI、并口等標準的總線接口；使用國際標準的VISA通信協議，可單獨更換模塊或板卡。

測試平臺架構[3]如圖1所示。

圖1整體架構圖

測試過程要模擬ECU實際碰撞的工作環境，把加速度和壓力傳感器同時連接到ECU產生震動的系統中，即固定到一個夾具上,為ECU提供模擬的外部負載。此系統“硬件設備層”是以TS-5400最重要的硬件組成部分，其中的程控電源為整個系統供電。當測試開始時，系統里的loadbox模塊會連接ECU需要的通道，把需要的信號引進來，之后Mainfram模塊里的波形發生器板卡產生震動波形信號輸出給震動機，震動機帶動產品模擬碰撞場景。當震動完成后，Mainfram模塊自動地把引爆信號采集回來經過硬件驅動層傳給IPC分析處理，它是整個測試過程的控制中心，處理所有的控制信號和數據信號。此系統的“測試管理層”利用TestExecSL軟件完成控制和測試的邏輯時序，并進行數據的處理和相應報告的生成。

本系統的測試難點是對信號的采集。一般ECU的點火信號多達36個引爆回路，每個回路又有正、負極，并且輸出的轉換電壓值一般高達30V左右，而當車輛發生碰撞時,ECU輸出的信號是非常短暫的，通常以毫秒計算，所以數據采集儀器必須具有多獨立采樣通道、寬范圍電壓測試量程、采集速度快，并能夠通過設置自動觸發采集信號功能。而這些都是普通程控萬用表很難達到的指標。本系統采用以VXI為總線的VM2616數字采集卡，具有16bit分辨率，100kSa/s采樣率，兩塊板卡共有96個通道，完全能夠滿足產品碰撞模擬測試測量。

2硬件設計

整個測試系統的硬件結構[4]如圖2所示。

要對ECU進行碰撞功能測試,首先就要模擬ECU實際碰撞的工作環境，當碰撞發生時,ECU能夠發出引爆信號。這需要將壓力傳感器、加速度傳感器和負載電阻(模擬實際的安全氣囊阻值)這些負載都安裝到帶動ECU震動的夾具上。IPC通過程序控制實時地電源輸出，為產品提供電信號，同時控制TS-5400功能測試系統把震動波形數據發送給震動機帶動產品啟震，從而模擬現實的汽車碰撞場景，并把碰撞信號采集回傳給IPC供其分析處理。信號轉換模塊即通過CAN或K-LINE卡對電平信號轉換，為IPC和ECU的實時通信做保證。

圖2硬件結構圖

2.1TS-5400測試系統

TS-5400測試系統為測試的主體，有兩個主要的組成部分Mainfram、Loadbox。Mainfram是測試的核心部分，內部安裝各種可插拔的VXI卡，本系統主要用到了波形發生器6173、數據采集卡VM2616和VXI接口卡。Loadbox是一個swtich矩陣開關，能夠實時的切換各個通道，可以把電源或數據信號切換到相應的產品引腳，實現實時的通斷控制。

2.2程控電源

程控電源為產品提供正常工作的電信號，能夠感知電信號的虧損并及時地補償，保證產品能夠得到準確的電信號。將程控電源固定到TS-5400的機架上，通過GPIB總線和IPC進行連接；IPC根據標準的VISA協議[5]，通過TestExecSL軟件把相應的控制命令發送給可編程電源，進行實時控制。

2.3信息轉化模塊

信息轉化模塊主要完成IPC和ECU通信電平協議的轉化，大多數的汽車電子控制單元主要是以K-LINE、LINE、CAN總線進行通信[6]，文中采用了CSM公司的UNI-COMII+,其內部集成了CAN、K-LINE、Flexray、J1850等協議，文中主要是CAN通信。

2.4IPC

IPC作為測試過程中樞，完成軟件的編寫、數據的生成和人機界面的交互。

測試系統的硬件外觀如圖3 所示。

圖3　硬件外觀圖

TS-5400功能測試系統通過簡單的改動或改建就可以測試其它的汽車電子控制單元，如ABS、ESP、助力轉向、儀表控制單元等，并可實現多個產品同時的測試，節省大量的測試時間。

整個的信號流向如圖4所示。

圖4信號流圖

IPC通過TestExecSL軟件把加速度波形數據通過VXI總線發送到Mainframe里的波形發生器，由波形發生器把震動波形傳輸到震動機，再由震動機按照加速度波形帶動ECU啟震(最大加速度是31.8g)，ECU產生的引爆安全氣囊點火信號會傳輸給Mainframe里的VM2616。VM2616會根據設置的自動出發的方式把采集的數據回傳給IPC，最后IPC經過TestExecSL軟件分析處理得到ECU的點火信號，再跟標準的上下限值來判斷此信號是否能夠合格。測試設備還配備一個標準的加速度傳感器(每年定期校準)和產品一起啟震,并把標準的加速度信號采集回來，通過此標準信號來判斷震動機是否能夠滿足本系統的震動強度需求，這樣就形成了一個更加穩定和準確的閉環系統[7]。

3軟件設計

系統的軟件設計主要具有完成設備的初始化、網絡數據的調用和存儲、震動設備的控制、產品數據的采集、分析和生成報告等功能[8]。由于TestExecSL軟件語法簡單，并且是順序執行，所以可以將軟件的實現分為4個部分，即初始化、測試主程序、關閉相應的測試設備資源和人機交互界面,軟件流程如圖5所示。

圖5　軟件流程圖

3.1初始化

初始化主要是通過調用dll完成設備硬件的初始化、網盤數據的讀取和人機交互的建立。

3.2主程序

整個控制邏輯的實現，包括震動機的控制和對ECU命令的發出，以及對采集回來的數據分析處理等功能。

3.3關閉相應的測試設備

電控單元測試完成后關斷電源，回收CAN線等一些硬件資源。

3.4人機交互界面

為操作人員提供直觀的產品是否通過，并顯示相應的測試項。通過人機交互界面可以根據相關的需要來進行配置，產生需要的各種文檔和報告，簡單易操作的同時還具有很好的通用性和擴展性。

TestExecSL最大的特點是順序執行,這決定了其程序邏輯相對簡單,雖然語法類似于C語言，但控制語句要少得很多。即使剛接觸的人也不需要花費過多時間去了解復雜的語言本身知識。TestExecSL的編寫環境如圖6所示。

圖6　編輯調試界面

TestplanHierarchy是主程序的編寫區，TestProperties是測試屬性的主要參數配置區，其它的窗口是為調試時所使用。

人機操作界面如圖7所示。

此界面能同時測試兩個產品的測試程序，能夠為生產線操作人員提供非常簡潔直觀的產品能否通過的信息。出現紅色的“×”為位置1，產品沒有通過測試，并顯示在主程中的錯誤ID號1007_309通過此ID就能夠直接找到錯誤的原因。綠色的“√”為通過產品，可以直接轉到下一個崗位或完成包裝。

圖7　人機操作界面

4結語

采用Keysight公司的TS-5400功能測試系統測試安全控制氣囊控制單元，驗證碰撞功能的測試是否合格。其硬件方面集成了遵循國際上標準的通信協議的獨立測試模塊，具有穩定、精確、獨立等特性。軟件語法簡單、操作界面簡潔，容易操作，為跨國企業的產品快速導入提供了很大的方便。系統還能夠快速的通過簡單的操作獲得想要的各種測試報告。實踐證明，系統具有很好的擴展性、很高的執行效率和穩定性。當設備出現問題時，維修和維護人員能夠快速地定位問題產生的原因，節省了大量的維修時間，提高了生產效率。

參考文獻：

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[8]劉君華，申忠如，郭福田.現代測試技術與系統集成[M].北京：電子子工業出版社，2004：241-273.

Automobileelectronictestsystembasedonkeysight

HUYanjun1,DONGShigang2,ZHANGLei1

(1.ContinentalAutomotiveCorporation(LYG)Co.Ltd.,Changchun130000,China;2.SchoolofMechatronicEngineering,ChangchunAutomobileIndustryInsititute,Changchun130011,China)

Abstract：Anautomobileelectronictestsystemisdesigned,whichincludesboththesoftwareandhardware.Takinganairbagcontrolunit(ECU)asanexample,thecollisiontestissimulated.

Keywords：autoelectronic;testsystem;TS-5400.

收稿日期：2016-02-15

作者簡介：胡艷君(1979-)，男，漢族，吉林九臺人，大陸汽車電子(長春)有限公司工程師，碩士，主要從事信號與信息處理方向研究,E-mail:Yanjun.Hu@continental-corporation.com.

DOI:10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.3.16

中圖分類號：U467.13

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1374(2016)03-0287-05