汽車儀表盤測試驗證方法研究

張效銘

摘 要：本文針對過去人工測試汽車儀表效率低的現狀，提出一種高效的實驗室測試方法。該方法將硬件在環和機器視覺技術相結合，能有效地模擬整車測試環境并完成被測電控單元的自動化測試流程。實驗結果表明，此實驗室測試系統能實時模擬整車環境并通過智能相機進行實時采集和視覺分析，用上位機控制整個檢測流程，進而實現在模擬實際運行情況下對汽車儀表的自動化檢測。

關鍵詞：硬件在環 機器視覺 自動化測試 模擬整車環境

一、研究背景

汽車行業是我國重點發展的產業之一，它自誕生以來，已經有一百多年的歷史。傳統的機械結構經過多年的發展和完善，已經接近技術的極限，很難有更大的改進余地。而法律對汽車排放、安全性能的強制規定以及顧客對汽車舒適性、安全性的更高要求，使汽車上的電控特征明顯增強，汽車電子部分已經占整體汽車制造成本的20%～30%，正在蓬勃發展的新能源汽車對于電子系統的需求更是不言而喻。汽車電子系統在汽車中所占比重將越來越大，而作為汽車電子控制系統中科技含量最高的部件ECU，則是電子裝置的核心，是利潤最大的器件。過去的整車測試方法已很難滿足人們的需求。

一輛典型的現代轎車包含超過50個電子控制單元（ECU）。在這些電控單元中，儀表盤是汽車的重要組成部分，也是汽車正常行駛過程中不可缺少的關鍵配件，在汽車行駛過程中，儀表盤負責呈現汽車狀態的各種數據，主要包括車速里程表、轉速表、水溫表和燃油表及各種狀態指示燈等。早期的汽車儀表使用技術較為單一，基于機械作用力而工作的機械式儀表作為主要工作對象，機械式儀表盤只能為駕駛員提供汽車運行中必要而又少量的數據信息，功能僅僅是單純的指示，外觀也比較單一，同時指示精度和指針平穩性較差。隨著LED、LCD的大規模應用，LED汽車儀表逐漸成為市場的主流，并快速向TFT屏顯示加步進電機的方向發展。作為汽車在行駛過程中的狀態反饋界面，儀表盤是駕駛員在行駛過程中獲取汽車狀態的重要渠道，通過觀察儀表盤呈現的各種數據，駕駛員可以判斷汽車在當下的工作狀況，從而可以幫助駕駛員進行正確的操作來確保駕駛的安全性和正確性。同時，儀表系統可與局域網相連，以便充分共享利用信息資源，方便通訊。包括對娛樂、空調等娛樂設施進行監管的功能，可以有效地支持駕駛員對行駛車輛的操控。因此，對儀表盤各功能模塊的驗證測試，已成為汽車整車測試中必不可缺的重要部分。

二、技術方法

為了能在實驗室環境下實現汽車儀表盤的自動化測試，首先需要模擬一個真實的整車環境。硬件在環技術是一種基于模型仿真的新型測試方法。硬件在環技術是將車輛行為在虛擬的環境下進行實時仿真，已經廣泛應用于多種ECU的設計驗證中。本文所述的汽車儀表盤測試驗證方法的技術路線如圖1所示。它主要由基于硬件在環的實時仿真器、機器視覺系統、低電壓仿真電源及自動化測試軟件等4個部分組成。

1.實時仿真器

作為主控制單元，運行模擬汽車儀表盤的仿真模型，以產生一個虛擬的運行環境，對被測電控單元進行功能驗證測試。

2.機器視覺系統

代替人眼實現對汽車組合儀表響應的自動檢測。主要是開發圖像處理算法來實現模式識別、字符識別（如里程表顯示）、色彩識別（如指示燈的狀態檢測）、位置識別（如車速表的速度指示）等。

3.低電壓仿真電源

用于產生模擬汽車運行時電源低電壓的情況，以實現對被測電控單元可靠性、魯棒性的測試。

4.自動測試軟件

包括如下工作：提供控制界面，以實現手動，可選擇的單項測試操作;測試案例編寫;根據測試案例實現全自動測試，自動生成測試報告。

三、實驗及結果分析

1.實驗設置

實時仿真器是基于xPC Target平臺設計，仿真模型的開發在MATLAB/Simulink環境下完成。其中功能模型由Simulink結合Stateflow產生，接口模型和網絡模型由Simulink產生，外圍執行模型由SimPower和SimMechanics產生。汽車儀表盤主要包括：

（1）報警指示燈;

（2）指針刻度表：車速表，發動機轉速表，冷卻液溫度表，燃油表;

（3）液晶顯示：車輛狀態液晶顯示，駕駛信息液晶顯示，小計和累計里程液晶顯示，倒車雷達液晶顯示，擋位液晶顯示;

（4）儀表背光照明;

（5）蜂鳴器提示音。

汽車啟動后，軟件控制的報警指示燈將根據定義自檢，自檢方式為點亮3秒。步進馬達控制儀表指針移動，步進馬達是由帶步進馬達驅動端口的儀表微處理器驅動的，微處理器控制步進馬達的偏轉角度。步進馬達的解析度為1/12度。步進馬達的運動應當是均勻的、平穩的，指針在任何情況下都不應該出現跳躍、晃動的現象。某型號汽車儀表盤各單元模塊的信號量控制方式如下表所示。

在系統通訊上，將實時仿真器與汽車儀表盤的ECU相連，在主機上建模，模型建完后編譯生成可執行文件，將可執行文件通過TCP/IP通訊下載到仿真測試設備中，實時地運行模型。仿真器通過模擬傳感器接收到的信號來控制儀表盤指示燈的亮滅、指示燈的顏色變換、儀表指針的轉動和字符等，主機通過RS232通訊控制相機，用智能相機代替人眼將檢測的結果通過TCP/IP通訊發送到主機，主機對接收到的結果進行判斷。

2.實驗結果分析

使用python編寫自動化測試腳本控制指示燈自動化測試整個流程。該型號儀表盤包括22個指示燈，每個指示燈的測試流程基本一致。以右轉燈為例，第一步為點火時狀態檢測，汽車點火自檢時部分指示燈參與自檢過程，應當檢測指定的指示燈能否保持3秒的點亮狀態。第二步為開關點亮檢測，當開關打開時用智能相機檢測指示燈能否被點亮。第三步驗證指示燈的顏色，有的指示燈在不同的環境下可能顯示不同的顏色狀態。第四步驗證指示燈的閃爍頻率。第五步為開關熄滅檢測，當開關關閉時用智能相機檢測指示燈能否熄滅。五步結束后點火狀態取消，回歸到儀表初始狀態。

最后在局域網環境下通過TCP/IP協議將汽車儀表的實時檢測結果發送到上位機上進行判斷，如果處理結果與預期結果相符則認為是通過passed，否則為失敗failed。將每一步測試結果用一個變量表示，例如passed為1而failed為0，如果每一步測試結果都為passed即result1+result2+result3+result4+result5=5，可以判定右轉燈模塊測試結果為“通過”。

四、結論

本文所述的汽車儀表盤測試驗證方法最大的特點是可以在實驗室的環境下模擬真實的整車環境，并用一個智能相機實時采集和處理汽車儀表的狀態信息，整個實驗平臺在局域網的環境下進行，以進行方便的數據通訊和自動化流程的實現。該系統集成了硬件在環和機器視覺技術，用戶可以很方便地在上位機界面上進行手動功能測試，另外可以編寫python腳本程序控制自動化測試流程并將各模塊的測試結果統計到生成的測試報告中。多次實驗證明，該自動化測試平臺能很好地對汽車儀表盤的指示燈、指針、液晶屏顯示等模塊進行驗證，模擬的汽車點火時段也能方便地對儀表的電磁兼容性進行測試。該自動化測試平臺能根據各模塊的測試需求自動完成檢測過程。

參考文獻：

[1]張炳力，杜紅亮，金朝勇，趙韓，馮有成，周小華. 6AT控制器的快速控制原型及硬件在環仿真研究[J]. 汽車工程，2011（8）.

[2]鄧濤，孫冬野，秦大同，胡豐賓，劉永剛.基于Simulink與veDYNA聯合仿真平臺的AMT硬件在環試驗研究[J].汽車工程，2011（5）.

[3]高樹健，陳丁躍，公偉強，李鵬.硬件在環測試在電動汽車驅動總成上的應用[J].車輛與動力技術，2012（4）.

（作者單位：嘉興技師學院）