让汽车电子测试成本直降90％的测试系统

"利用NI测试平台和生态系统，我们不仅成功开发了HILS，而且还成功开发了机器人、图像处理系统、语音合成系统、噪声模拟器和GPS模拟器，进而搭建了一个集成的电子组件自动化测试系统。 手动操作和结果判断相关的工时减少了90%，每年节省了数亿美元的成本。"

挑战

构建一个自动化系统，从头到尾全面检验逻辑并评估相互协作的电子元件的鲁棒性，包括相关操作和结果判断。

解决方案:

基于NI平台使用PXI产品、可重新配置的I/O模块(FPGA)和LabVIEW构建HILS系统，并集成噪声模拟器、GPS模拟器和语音合成系统等其他元件来评估鲁棒性，同时集成机器人和图像处理系统来实现任务自动化。

马自达使用软件定义的自动化测试系统，降低了90%的测试成本

(配音旁白是由使用LabVIEW开发而成的语音合成系统生成的)。

背景介绍

众所周知，汽车正在快速融入越来越多的电子产品。 从自动雨刮器和门锁开始，电子产品已经成为许多汽车组件的一部分，包括照明、空调、动力总成、信息娱乐系统，甚至各种安全系统。 一开始，汽车仅配备了几个CPU。 而现在，汽车中的CPU数量已近百。

为了向客户提供高品质的产品，马自达电子测试和研究团队需要评估所有电子元件的“逻辑”和“鲁棒性”。 '逻辑'是指每个电子组件的功能。 而要理解“鲁棒性”这一概念，首先需要认识到电子元件的工作环境并不总是处于理想状态。 例如，元件可能会暴露于极端的条件下，如电源电压发生波动、噪声级别较高或输入信号不理想。 “鲁棒性”是指组件在极端环境中正常工作的能力。 换句话说，我们希望评估每个电子元件对这些恶劣条件的承受力。

挑战

电子元件的逻辑和鲁棒性一直都在评估的范畴内。 过去，仅有几种电子元件执行简单的功能时，元件在专门准备的环境中单独进行测试。 然而，随着电子元件的多样性和功能复杂性不断增加，这种操作渐渐露出弊端。 现在，多个电子元件系统之间会进行通信，并且一个系统的操作越来越依赖于来自其他系统的结果。 除了逐个系统进行测试外，还必须进行多系统测试才能有效地评估此类系统的功能。 此外，还必须评估系统的鲁棒性。 然而，随着各种组件和单元的不断增加，要评估的项目数量呈指数增长。 因此，我们很清楚评估系统需要实现自动化。

十年来，马自达一直意识到这些需求， 但是却找不到满足所有需求的评估系统。 鉴于这种情况，我们决定正面解决这个问题。 换而言之，我们决定开发一个自动化系统来从头到尾彻底验证逻辑并评估相互协作的电子元件的鲁棒性。

解决方案/优势

我们需要开发的系统将会非常庞大且复杂。 因此，开发工作预计需要几年时间并分阶段完成。 图1是第一阶段的示意图。 Stage-1系统由以下元素组成：HILS(硬件在环仿真)引擎、机器人和图像处理系统。 对于HILS引擎，NI HILS系统由NI PXI(面向仪器系统的PCI扩展)产品和RIO(可重配置的I/O)模块组成。 我们基于LabVIEW系统设计平台，开发了在这些硬件产品上运行的软件。

图1.第一阶段的示意图

图2.第四阶段的示意图

图3.小型子系统1的外观图

图4.小型子系统2的外观图

通过这种方式，我们成功构建了世界上第一个能够自

动评估多个协同工作的电子组件的逻辑和鲁棒性的系统。 如前所述，我们开发的系统是前所未有的，并且基于全新的概念。 此外，这是一个非常复杂的大型系统。这一成功归功于几个因素。 这一成功归功于几个因素。

首先是马自达电子测试和研究小组的存在。 换句话说，马自达拥有自己的专业内部测试工程团队，这一点至关重要。 这一成功归功于几个因素。随着电子元器件评估技术开始达到瓶颈，测试工程师需要思考如何改进技术。 面对这样一个复杂的问题，如果大部分测试相关问题都交给外包商，那么什么都不可能解决。 这个高度专业化的内部团队的存在意味着他们可以充分探索可能的解决方案和相应的实现方法。 换句话说，马自达自己的内部团队在解决这些问题方面发挥主导作用这一点非常重要。

另一个影响因素是NI产品系列。 NI的优势之一是NI以平台为中心的生态系统，其中包括来自联盟伙伴和相关公司的兼容产品。 例如，我们构建的系统包含了机器人、图像处理系统、语音合成系统以及其他各种元素。 从一家公司获得所有这些要素是非常困难的。 相反，我们选择了各公司最合适的产品，并使用LabVIEW和其他解决方案将它们与NI HIL系统集成在一起。 这成为我们成功的关键因素，NI生态系统提供了强大的支持。 当然，如果适用的话，我们也可以选择集成交钥匙解决方案。 但是，鉴于我们的目标是构建同类中的首个系统，NI解决方案是最符合我们需求的选择。

此外，NI产品提供的高性能和高编程自由度非常适合开发此系统。 在硬件性能方面，高采样速率(时间分辨率)是一个重要因素。 在我们的系统中，逻辑验证需要毫秒级的时间分辨率。 另一方面，噪声的影响很难进行评估，除非采样以微秒级进行。 NI硬件是唯一能够以微秒级进行采样的产品。 另外，NI硬件包含一个内置的用户可编程FPGA。 没有其他产品提供这种自由度。 如果采用交钥匙式解决方案，用户很可能需要为每次的汽车更新换代辆购买全新的系统。 而NI解决方案不仅具有灵活性，而且还具有可持续性。 几乎所有的NI硬件都可以持续使用，只需添加或修改选定的模块即可。 适应未来需求的能力是这个系统的另一个巨大优势。

我们新开发的系统能够对多种协同工作的电子元件进行逻辑验证和鲁棒性评估。 事实上，以前没有这样的系统能够帮助我们获得如此巨大的成功。 另外，我们能够自动化各种测试的相关操作和结果判断。 这极大地减少了工作量，给我们带来了巨大的优势。 对于单个电子元件的情况，与手动测试相比，测试时间减少了90%。 此外，我们使用摄像头拍摄仪表显示器(如速度计)，然后使用系统的自动评估功能来处理图像，这一做法与以前的方法相比，所需的工时减少了90%。

未来开发计划

这一新开发的系统将继续逐步完善。 目前，我们的目标是使用这个NI产品系统评估所有电子元件。 因此，电子测试和研究小组目前的工作重点评估所有电子组件，包括与动力系统相关的组件。 在这个新开发的系统之前，我们使用交钥匙HIL系统来评估动力总成的相关部件。 因此这些组件被排除在该系统的目标项目之外。

无论是发动机还是电子元件，马自达都将继续朝“世界首创”的目标努力。 而且，随着汽车零部件的创新也要求测试进行创新，马自达也将持续完善其评估流程。