關于智能座艙自動化測試系統的開發研究

沈曉青， 尹成峰， 鄭 強

（寧波吉利汽車研究開發有限公司 路特斯項目研究院， 浙江 寧波 315336）

近年來，信息技術的迅猛發展不斷推動著交通出行、居住環境、購物支付等生活各個方面的智能化、網聯化、自動化。其中，汽車作為人們日常出行中不可或缺的一部分，其研究熱度一直不減。座艙系統作為人機交互的主要入口，因此智能座艙的研究是實現汽車智能化至關重要的環節。智能座艙，從測試設備角度來講，包含智能中控屏、液晶儀表屏、HUD以及一些其他零部件功能的域控制器，通過域控制器可以實現與人、車、路之間的智能交互。

周滿滿等人［1］分析了智能座艙技術對未來整個汽車產業鏈結構的影響，文中分析了國內與未來智能座艙“作用力”和“反作用力”；劉毅剛［2］分析了智能座艙未來發展的趨勢，在文章中指出智能座艙的發展將會對現有智能生態環境進行重組，使我們生活進入大數據，萬物互聯的第二次信息革命時代；杜莎［3］等人指出智能座艙最核心的問題是提高用戶體驗。

基于以上分析，智能座艙將會打破智能生態圈，將當前智能生態環境進行重組，使我們進入萬物互聯時代。因此，智能座艙的落地，測試系統的搭建成為當前研究的主要任務。本文提出的智能座艙測試系統主要集成了自動化測試機柜、機器人測試箱和工控機，可完成信息娛樂的功能和性能自動化測試，例如UI的功能邏輯驗證、畫面流轉、多屏同步、語音交互、總線監控仿真、響應時間、流暢度等。在文章中，首先介紹了智能座艙的整體功能和整體測試方案，然后系統闡述了該測試系統的軟硬件搭建。該智能座艙測試系統既具備傳統功能，同時還具備機器視覺領域和射頻領域的測試。

1 智能座艙測試系統結構和功能

1.1 智能座艙測試系統結構

圖1為本文所設計的智能座艙測試系統整體結構示意圖。基于真實娛樂系統主機，通過搭建機器人測試箱 （機械臂、定制化觸手、人工嘴、拾音器、高幀攝像頭、高清攝像頭、通用夾具）模擬真實用戶操作被測樣件的運行狀態。自動化測試機柜通過TCP/IP協議，或者USB3.0協議與機器人測試箱進行信息的交互。通過EA程控電源來實現機器人測試箱的上下電。該智能座艙測試集成系統對軟硬件設有預留接口，兼有可擴展性的特點，可實現多臺設備、不同屏幕尺寸的集成測試；同時，該測試系統中的被測樣件可靈活拆卸。

圖1 智能座艙測試系統整體結構圖

1.2 智能座艙測試系統功能

圖2為智能座艙測試系統整體功能示意圖。該測試系統不僅可以實現傳統的功能測試，同時還具備射頻測試和機器視覺測試。其中，傳統功能測試包含數字量模擬量信號采集、電氣故障注入測試、診斷功能測試、負載仿真以及極限環境測試等；機器視覺測試包含擬人操作 （單擊、雙擊、長按、滑動、拖拽、旋轉等動作）、圖像抗干擾識別算法、HMI畫面功能驗證、儀表顯示功能測試、語音交互仿真類測試、多屏交互擴展測試、圖像注入、生物識別測試等；射頻領域的測試包含手機互聯測試、導航測試及錄制回放、網聯功能測試以及網聯性能測試等。

圖2 智能座艙測試系統整體功能示意圖

1.3 智能座艙自動化測試系統整體方案

本章主要從智能座艙整體結構、整體功能以及實現方案3個方面對該測試系統進行概述。該測試系統除了兼具傳統的測試功能外，還兼具機器視覺和智能網聯部分的相關測試。該系統的提出有效地減少了實車路試的次數，縮短開發時間和降低成本的同時提高ECU的軟件品質，降低汽車廠的風險。智能座艙自動化測試系統整體方案如圖3所示。

圖3 智能座艙自動化測試系統整體方案

1.3.1 傳統測試部分

該測試平臺利用VT System板卡資源進行自動化測試環境的創建，提供控制器外部的工作環境，通過實時以太網與CANoe相連接。在HIL測試過程中，當下位機VT system收到上位機CANoe相應指令時，下位機通過上位機相應指令調用CAPL相關驅動函數，以實現通道選擇、數/模信號的采集、PWM輸入輸出等功能。在傳統測試部分，利用CANoe模擬虛擬節點，板卡模擬真實開關與負載，從而完成總線信號監控模擬、ECU控制策略、診斷DTC測試等工作。主要應用場景有控制器功能測試、功能魯棒性測試、總線通信測試。

1.3.2 視覺測試部分

該測試平臺基于軟件LabVIEW和TestStand開發的，開發流程大多基于LabVIEW的VISION視覺處理部分，通過Lab－VIEW接入的攝像頭采集圖片，經一系列圖像處理后進行后續檢測與識別。其中包括基準坐標定位及搜索區域配準、圖標模板匹配、指針模板匹配及量化處理 （轉速、時速轉化）、檢測到的圖標顏色識別、中控報警文字識別 （OCR）、水溫（油量）的碼格檢測等。通過TestStand軟件與LabVIEW結合，編寫檢測序列，實現了信號傳輸—檢測識別一體化，該系統具有完整性、實時性、易于二次開發的特點，實現了自動化識別流程控制。

1.3.3 網聯測試部分

本文所提出的智能座艙測試系統的網聯測試部分，虛擬仿真測試系統底層基于NI-PXI系統射頻收發儀表構建實驗室射頻仿真環境，整套PXI系統配置高帶寬高性能機箱PXIe1095，以及高性能控制器PXIe-8880、多通道音頻采集仿真卡PXI-4461、射頻板卡PXIe-5840，可以完成GNSS仿真、FM/AM/HD-Radio/RDS/RBDS測試以及藍牙、WiFi等射頻相關測試、導航接收機測試、導航錄制和回放功能、音頻測試等，如圖4所示。

圖4 基于PXI系統射頻仿真結構示意圖

該測試方案中的Device Under Test （DUT）采用的是LTE-V車載終端，通過PXI系統中的GNSS接口將從信號發生器中產生的連續變化的經緯度值導入到DUT中，采用仿真模型來模擬三維交通場景，并將車輛的位置數據連續發送至GNSS模擬器，GNSS模擬器則根據預定義好的場景，生成相應的GPS信號；同時可設定具體GPS衛星數量和信號衰減，以測試接收器和被測控制器功能對不同GNSS信號的反饋，進而完成相關的射頻功能相關測試。此外，利用PXIe-5840模塊還可以完成各種制式的車載無線廣播系統、藍牙、WiFi等相關功能的測試。

2 測試系統軟硬件組成

2.1 系統概述

整個測試系統以VT工具鏈為核心，通過CANoe軟件配置PXI系統，設置軟件接口與硬件通道的映射，建立總線信號測試環境、硬線信號測試環境的測試工程；同時通過vTest－Studio軟件建立測試工程環境，與CANoe測試工程關聯，將總線信號、硬線資源通道、射頻信號變量、機器視覺相關變量全部加載到vTestStudio中，然后由vTestStudio編輯完成測試腳本導入到CANoe測試環境中，即可進行自動測試。軟硬件流程如圖5所示。

圖5 智能座艙測試系統軟硬件原理示意圖

2.2 系統軟件設計

通過測試軟件用戶可以實現對控制器的功能自動化測試、故障注入測試。整個軟件人機交互友好，運行流暢。整體軟件方案以CANoe 為核心，vTestStudio為自動化測試腳本編寫軟件，LabView將音視頻、射頻相關參數變量共享到CANoe中，然后再傳輸到vTestStudio中。同時自研軟件可提供機械手操控、圖像處理算法的封裝函數，供vTestStudio調用，或者封裝成dll加載到CANoe的虛擬節點中觸發。圖6為基于VT自動測試系統軟件架構示意圖。

圖6 基于VT自動測試系統軟件架構示意圖

2.3 系統硬件設計

該智能座艙測試系統對單節點與系統集成測試進行搭建，被測模塊所需的輸入激勵信號由VT信號模擬板卡提供、屏幕操控由機械臂/ADB指令完成、圖像采集通過采集板卡/攝像頭/ADB指令獲取截圖完成、射頻信號由PXI系統模擬完成，輸出信號由VT采集板卡以及PXI系統進行采集監控，系統搭建完成后不需要更改硬件線路即可實現單節點與系統集成的測試。測試系統硬件連接原理如圖7所示。該平臺在以下現場的環境條件下，可以確保安裝及長期穩定正常工作。

圖7 測試系統硬件連接原理

環境要求如下。

使用溫度：0℃～+50℃；存儲溫度：-20℃～+50℃；相對濕度：小于90%；工作電源：220V±10%單相，頻率50Hz±2%。

硬件配置及要求如下。

1）VT機箱及板卡。為測試系統的核心，主要包括VT機箱、VN1640模塊、VT數字量板卡、VT模擬量板卡、VT負載板卡、VT故障注入板卡、CAN/LIN板卡等。板卡覆蓋的功能包含：數字I/O、模擬I/O、PWM I/O、輸出電阻控制、模擬溫度、油量等特殊傳感器、收發CAN/LIN報文等，可為被測模塊提供輸入激勵信號，并能對模塊輸出信號進行采集監控。

2）程控電源。選用菊水電源PBZ40-30，可實現整車模塊帶負載測試供電，并通過VT7001A板卡實現模塊電源管理（KL30、KL15）相關模擬。

3）PXI系統。PXI機箱配置PXI-8880主控制器、PXI-5840以及Averna的工具包可實現射頻相關測試。

4）機器人測試箱。配置三軸或六軸多工位機械臂提供前端屏幕或者觸控開關的操控，配置高幀和高清攝像頭提供后端圖像信息的采集，通過抗干擾圖像算法來識別圖像信息是否正確，通過配置人工嘴和拾音器來完成語音交互相關測試。

5）機柜電源控制箱。提供整個系統供電，具有短路保護功能，具有緊急停止按鈕，可以防止實驗室突然斷電或短路等不正常狀況引起的設備損壞，具有自我保護功能，具有雙位開關，可以獨立啟動和關閉。

6）工控機和顯示器。I7處理器、內存16G、硬盤512固態+1T機械硬盤，具有6個USB3.0接口、2個COM接口記憶TCP/IP接口、2個網口、4個RS232接口、正版64位WIN10系統、27寸顯示器。

3 結論

座艙系統作為人機交互的主要入口，是駕駛員最容易察覺故障的系統，因此座艙系統的測試在整車開發過程中起到了舉足輕重的作用。本文結合視覺算法和雷達射頻等技術，提出了一種智能座艙自動化測試HIL系統。該系統兼具傳統功能、機器視覺功能和射頻領域的自動化測試功能。在文章中，從3個方面對該智能座艙測試系統進行闡述：智能座艙的整體結構、整體功能以及設計方案，在此基礎上，詳細介紹了該測試系統軟硬件等相關設計。該智能座艙測試系統的設計提高了測試效率，縮短了整車開發周期。