基于虚拟仪器的新型汽车电子测试平台研究

摘要： 针对汽车电子的测试要求的日益增高，本文介绍了一种基于虚拟仪器的测试平台，可以极大地方便汽车电子产品的测试。
关键词： 虚拟仪器；汽车测试；LabVIEW；PXI

    随着半导体及软件技术的快速发展，汽车电子在汽车产业中所占比例越来越大。从汽车的舒适性到稳定性乃至安全性的实现中，汽车电子产品都担任着至关重要的角色，并且正发挥着越来越广泛的作用。汽车电子产品厂商也正面临着巨大的市场挑战——提高产品质量、加快生产周期、降低生产成本等等。

    在这样的条件下，对汽车电子产品的测试设备的要求日益增高，主要体现在以下方面。

复杂的测试要求

    汽车电子产品在整车系统中的比例和实现的功能不断增加，要求其具有丰富的功能；随着基于CAN、K-Line、LIN等总线的车身网络的发展，还需要实现单个设备与整车网络之间可靠的实时通讯。这都要求汽车电子产品出厂前需要经历复杂的功能和参数测试过程，从而保证产品满足车厂所规定的功能上及质量上的诸多要求。

严格的质量管理流程

    除了能够实现测试功能，测试设备还需要保存测试数据、提供测试数据在线分析功能，并能方便地据此进行生产过程统计(SPC)，如测量系统分析(MSA)和工序能力指数(Cpk)等，从而作为企业质量管理的数据来源。

开发与测试周期

    目前汽车厂商推出新车型的周期越来越短，以满足不断发展的市场要求。对于在国外设计，国内生产的汽车电子产品而言，国内厂商需要在短时间内建立完整的测试线；而对于国内自主设计的汽车电子产品，往往要求测试线不但能够进行出厂前测试，还需要承担部分设计验证任务，因而在产品研发阶段就要实现测试系统，同时需要预先考虑由于产品改进而引起的测试设备变动。

    苛刻的时间要求还体现在提高测试效率上。对于大批量生产的产品，利用功能单一、需要操作人员手工操作的传统测试设备很难达到时间和质量上的要求。因此使用自动化测试设备成为提高产品质量和产量必不可少的条件。

成本控制

    汽车电子厂商往往需要生产多种型号、具有类似测试要求的产品，这就要求测试设备具有可复用性，可以简单的实现多种产品共用同一条测试线，以达到降低生产成本的目的，同时也降低了设备维护的开支。

    如果完全采用进口测试设备，则设备的引进及维护成本高、检修周期长，已经有越来越多的厂商在考虑将进口设备国产化，利用本地的供应商或自行开发和维护。

    由以上可见，在汽车电子产品测试中，所采用的测试设备是一种需要根据被测产品的不同而快速灵活定制、能够提供丰富的测试功能、便于本土工程师快速开发及维护的软、硬件平台。

测试平台

    针对以上应用需求，本文介绍一种基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台，可以极大地方便各厂商进行汽车电子产品测试。

图 1 汽车电子测试平台的构成

    如图1所示，该测试平台基于虚拟仪器技术构建，由两部分组成——软件和硬件。硬件采用美国国家仪器公司(NI)的PXI模块化仪器；软件采用NI的LabVIEW图形化编程语言和TestStand测试管理软件开发。

硬件组成

    PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，具备系统的模块化、容易集成、容易装卸和连接，以及方便提高设备同步与触发精确度等卓越特性。

    同时PXI模块化仪器具有丰富的产品，如NI所生产的PXI模块在汽车电子产品测试领域中所适用的有各种模拟和数字信号采集、调理、信号多路复用及矩阵连接控制、各种总线接口、射频及任意信号发生器等等。可为汽车电子厂商提供宽广的选择余地。

    图2示出一组典型的用于汽车电子产品检测的PXI模块化仪器，其中包括了基于Pentium CPU的PXI控制器、由数字万用表和多路复用开关及矩阵开关组成的多路电流、电压测试系统、用于产生汽车收音机电台信号的射频信号发生器、汽车收音机音频分析仪等设备。为了实现自动化测试，汽车电子产品厂商通常利用产品本身具有的总线，如CAN、K-Line等，开放特定的控制指令用于产品状态控制，从而无需人工干预。因此在这些模块化仪器中，通常包含一个总线控制器(如CAN、K-Line、LIN控制器等)。除此以外，通常配置一块具有宽电压输入输出和光隔的DIO卡，用于与自动化生产线之间进行时序同步和夹具控制等。

图2 PXI 模块化仪器的典型配置

    图2的示例中包括了各种经常用到的汽车电子产品测试仪器。在大多数应用中，可以对上述模块化仪器进行定制，选用其中的一部分仪器，即可实现如汽车收音机(包括VCD/DVD/导航)、仪表板、行车记录仪、HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioning)等产品在PCB及整机状态下的功能及参数测试。

软件组成

    如图3所示，汽车电子测试平台中的软件部分由产品驱动程序、测试设备驱动程序、测试项目实现、测试序列(Test Sequence)和用户定制程序(如用户操作界面、测试数据库管理软件)等部分组成。

    产品驱动程序——用于实现被测产品的程序控制，通常由各种总线方式(如CAN、K-Line、串口等)进行控制。以达到无需人工设置产品状态而进行测试的目的。对于特定类型的产品，需要进行控制的参数通常是统一的，与型号无关的。例如对于汽车收音机的音频测试，不论任何型号，所需要控制的参数通常有音量、波段、调谐频率、音效控制等。从而保证在为新型号产品开发测试软件时，无需修改调用它们的函数，只需要重新开发一组符合预先定义的接口类型的收音机控制程序即可。

图 3 汽车电子测试平台的软件结构

    测试设备驱动程序——主要指PXI模块化仪器的驱动，用于保证仪器的正常操作和向开发者提供应用程序接口(API)。这一部分无需用户自行开发，PXI模块化仪器的生产厂商会随硬件提供相应的驱动程序，通常还具备界面简单、易操作的硬件管理环境(如NI的MAX)，通过这个硬件管理环境，用户无需编程即可实现硬件自检、手动测试、硬件配置等功能。

    测试项目实现部分——是产品驱动程序和测试设备驱动程序的结合。汽车电子产品厂商针对其不同产品，都会有特定的测试规范，而同一类型产品的测试规范通常是相同的。一旦根据厂商的要求开发完成，在构建同类产品测试线时不用或很少更改测试项目的执行程序。

    测试序列——按照厂商所有的测试要求，将测试项目组合起来，就构成了一个测试序列。在此平台中，测试序列的表现形式为.seq文件(TestStand文件)。在这个测试序列中实现了所有的数据采集、分析、记录功能。

    用户定制程序——包括用户操作界面和测试数据库管理软件等。在此测试平台中，用户操作界面和测试数据库管理软件作为一个通用的组件，可以应用于各种产品的测试线上，而无需任何修改。

    该软件平台具有以下特点：

    * 同一个测试软件平台可以测试不同型号的同类产品。
 
    由于同类产品的测试内容和测试方法通常是相似的，因此软件中的测试项目实现部分只需要针对不同产品进行相应的配置，就可用于所有具有相同测试方法的测试项目，用户无需重新编写代码。

    * 同一个测试序列可以在不同测试站上运行。

    考虑到产品平均出厂时间的限制，厂商在选择PXI模块化仪器时，通常会选用多个测试站来分担全部测试时间。这些测试站可以具有相同或相似的配置，在某些测试站上还会采用GPIB仪器以充分利用现有资源。如果其中一台测试站发生故障，该站上的测试软件可以在无需重新编写程序的条件下完成测试站的互换，只需要更改测试设备的资源名称。而测试设备驱动程序中已经同时支持了PXI模块化仪器和传统GPIB仪器。

    * 开发及维护时间大大缩短

    从图3中可以看到，除了被测产品驱动程序和测试序列会随着被测产品不同而变化，其它部分在一次开发完成后无需或很少改动。因此大多数情况下，无论是系统集成商还是厂商自己的开发工程师都只需要将精力投入到特定的被测产品控制和实现测试序列上。

    同时，由于在一个工厂内采用了统一的软件平台，极大地减少了软件维护的时间开销。不同的测试线对工程师的要求也趋于统一，从而降低了因人员流动而造成的风险。

应用实例

    某汽车电子厂商选用了上海聚星仪器有限公司的汽车电子测试平台组成汽车收音机的测试线，为了满足产品Cycle Time的要求，采用七个PXI测试站来分担上百个测试项目。其中两个测试站进行PCB形态的测试，如PCB上的测点电压、电流等参数；另外的测试站均为整机形态的测试，如调校、CD/MP3、AM/FM、音效控制、写入产品追踪及生产信息等等。如图4所示。

图 4 汽车电子测试平台应用实例

    每个测试站上运行不同的测试序列，但采用相同的用户操作界面和测试数据管理软件。

    由于采用了基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台，目前该测试线同时承担了三种类型、十几个型号的汽车收音机自动测试任务，而该测试平台的维护只需要一个工程师即可完成。

结语

    基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台能够有效的满足日趋复杂的测试要求，提高测试线的开发效率并降低生产成本，正逐渐成为汽车电子产品测试领域中新的趋势。