基于Keysight设备的汽车电子测试系统

胡艳君，　董世钢,　张　磊

(1.大陆汽车电子(长春)有限公司 测试工程部, 吉林 长春　130000；2.长春汽车工业高等专科学校 机械工程学院, 吉林 长春　130011)



基于Keysight设备的汽车电子测试系统

胡艳君1，董世钢2,张磊1

(1.大陆汽车电子(长春)有限公司 测试工程部, 吉林 长春130000；2.长春汽车工业高等专科学校 机械工程学院, 吉林 长春130011)

摘要：设计了一种汽车电子测试系统,以安全气囊控制单元(ECU)作为测试实例，详细阐述了软硬件的设计，完成了安全气囊控制单元撞击场景的模拟测试。

关键词：汽车电子; 测试系统;TS-5400

0引言

随着半导体技术的飞速发展，电子技术得以应用到汽车领域。汽车更新换代的很大一部分正是得益于电子设备的加入,使汽车的安全性、舒适性、操作性方面都得到前所未有的提高[1]。同时,由于电子技术的不断加入,使得汽车电子生产和测试的复杂度大大增加,需要汽车电子零部件厂商供应百分之百合格的汽车电子产品,还需要对每一个汽车电子产品进行严格的测试，并长期保留测试结果。要求在导入国外或国内的测试技术和设备时,测试设备需具有高稳定、高标准化、高网络化、功能全面的属性,以及为生产线操作人员提供简单易懂显示界面等特点[2]。Keysight公司的TS-5400测试系统硬件集成了可编程电源、可编程开关矩阵卡、工业控制计算机(IPC)、传感器模拟箱等组件，软件是基于Keysight自行研发的测试软件TestExecSL，此软件语法简单、编写容易，无需技术人员学习语言复杂的语法逻辑，能够为操作人员提供便于操作的人机交互界面。因此，该系统具有较高的稳定性、丰富的扩展性、网络的共享性、操作的简便易行性等优势。文中以安全气囊控制单元(ECU)为例，使用Keysight公司的TS-5400功能测试系统，对安全气囊控制单元在汽车碰撞场景下进行模拟测试(以下称为碰撞测试)，测试过的产品完全满足客户需求。

1系统方案

该测试系统硬件集成了可编程电源、可编程的开关矩阵卡、可编程的测试仪器仪表板卡主机(Mainfram)、IPC、传感器模拟箱等模块。其模块间的连接都是GPIB、PCI、VXI、并口等标准的总线接口；使用国际标准的VISA通信协议，可单独更换模块或板卡。

测试平台架构[3]如图1所示。

图1整体架构图

测试过程要模拟ECU实际碰撞的工作环境，把加速度和压力传感器同时连接到ECU产生震动的系统中，即固定到一个夹具上,为ECU提供模拟的外部负载。此系统“硬件设备层”是以TS-5400最重要的硬件组成部分，其中的程控电源为整个系统供电。当测试开始时，系统里的loadbox模块会连接ECU需要的通道，把需要的信号引进来，之后Mainfram模块里的波形发生器板卡产生震动波形信号输出给震动机，震动机带动产品模拟碰撞场景。当震动完成后，Mainfram模块自动地把引爆信号采集回来经过硬件驱动层传给IPC分析处理，它是整个测试过程的控制中心，处理所有的控制信号和数据信号。此系统的“测试管理层”利用TestExecSL软件完成控制和测试的逻辑时序，并进行数据的处理和相应报告的生成。

本系统的测试难点是对信号的采集。一般ECU的点火信号多达36个引爆回路，每个回路又有正、负极，并且输出的转换电压值一般高达30V左右，而当车辆发生碰撞时,ECU输出的信号是非常短暂的，通常以毫秒计算，所以数据采集仪器必须具有多独立采样通道、宽范围电压测试量程、采集速度快，并能够通过设置自动触发采集信号功能。而这些都是普通程控万用表很难达到的指标。本系统采用以VXI为总线的VM2616数字采集卡，具有16bit分辨率，100kSa/s采样率，两块板卡共有96个通道，完全能够满足产品碰撞模拟测试测量。

2硬件设计

整个测试系统的硬件结构[4]如图2所示。

要对ECU进行碰撞功能测试,首先就要模拟ECU实际碰撞的工作环境，当碰撞发生时,ECU能够发出引爆信号。这需要将压力传感器、加速度传感器和负载电阻(模拟实际的安全气囊阻值)这些负载都安装到带动ECU震动的夹具上。IPC通过程序控制实时地电源输出，为产品提供电信号，同时控制TS-5400功能测试系统把震动波形数据发送给震动机带动产品启震，从而模拟现实的汽车碰撞场景，并把碰撞信号采集回传给IPC供其分析处理。信号转换模块即通过CAN或K-LINE卡对电平信号转换，为IPC和ECU的实时通信做保证。

图2硬件结构图

2.1TS-5400测试系统

TS-5400测试系统为测试的主体，有两个主要的组成部分Mainfram、Loadbox。Mainfram是测试的核心部分，内部安装各种可插拔的VXI卡，本系统主要用到了波形发生器6173、数据采集卡VM2616和VXI接口卡。Loadbox是一个swtich矩阵开关，能够实时的切换各个通道，可以把电源或数据信号切换到相应的产品引脚，实现实时的通断控制。

2.2程控电源

程控电源为产品提供正常工作的电信号，能够感知电信号的亏损并及时地补偿，保证产品能够得到准确的电信号。将程控电源固定到TS-5400的机架上，通过GPIB总线和IPC进行连接；IPC根据标准的VISA协议[5]，通过TestExecSL软件把相应的控制命令发送给可编程电源，进行实时控制。

2.3信息转化模块

信息转化模块主要完成IPC和ECU通信电平协议的转化，大多数的汽车电子控制单元主要是以K-LINE、LINE、CAN总线进行通信[6]，文中采用了CSM公司的UNI-COMII+,其内部集成了CAN、K-LINE、Flexray、J1850等协议，文中主要是CAN通信。

2.4IPC

IPC作为测试过程中枢，完成软件的编写、数据的生成和人机界面的交互。

测试系统的硬件外观如图3 所示。

图3　硬件外观图

TS-5400功能测试系统通过简单的改动或改建就可以测试其它的汽车电子控制单元，如ABS、ESP、助力转向、仪表控制单元等，并可实现多个产品同时的测试，节省大量的测试时间。

整个的信号流向如图4所示。

图4信号流图

IPC通过TestExecSL软件把加速度波形数据通过VXI总线发送到Mainframe里的波形发生器，由波形发生器把震动波形传输到震动机，再由震动机按照加速度波形带动ECU启震(最大加速度是31.8g)，ECU产生的引爆安全气囊点火信号会传输给Mainframe里的VM2616。VM2616会根据设置的自动出发的方式把采集的数据回传给IPC，最后IPC经过TestExecSL软件分析处理得到ECU的点火信号，再跟标准的上下限值来判断此信号是否能够合格。测试设备还配备一个标准的加速度传感器(每年定期校准)和产品一起启震,并把标准的加速度信号采集回来，通过此标准信号来判断震动机是否能够满足本系统的震动强度需求，这样就形成了一个更加稳定和准确的闭环系统[7]。

3软件设计

系统的软件设计主要具有完成设备的初始化、网络数据的调用和存储、震动设备的控制、产品数据的采集、分析和生成报告等功能[8]。由于TestExecSL软件语法简单，并且是顺序执行，所以可以将软件的实现分为4个部分，即初始化、测试主程序、关闭相应的测试设备资源和人机交互界面,软件流程如图5所示。

图5　软件流程图

3.1初始化

初始化主要是通过调用dll完成设备硬件的初始化、网盘数据的读取和人机交互的建立。

3.2主程序

整个控制逻辑的实现，包括震动机的控制和对ECU命令的发出，以及对采集回来的数据分析处理等功能。

3.3关闭相应的测试设备

电控单元测试完成后关断电源，回收CAN线等一些硬件资源。

3.4人机交互界面

为操作人员提供直观的产品是否通过，并显示相应的测试项。通过人机交互界面可以根据相关的需要来进行配置，产生需要的各种文档和报告，简单易操作的同时还具有很好的通用性和扩展性。

TestExecSL最大的特点是顺序执行,这决定了其程序逻辑相对简单,虽然语法类似于C语言，但控制语句要少得很多。即使刚接触的人也不需要花费过多时间去了解复杂的语言本身知识。TestExecSL的编写环境如图6所示。

图6　编辑调试界面

TestplanHierarchy是主程序的编写区，TestProperties是测试属性的主要参数配置区，其它的窗口是为调试时所使用。

人机操作界面如图7所示。

此界面能同时测试两个产品的测试程序，能够为生产线操作人员提供非常简洁直观的产品能否通过的信息。出现红色的“×”为位置1，产品没有通过测试，并显示在主程中的错误ID号1007_309通过此ID就能够直接找到错误的原因。绿色的“√”为通过产品，可以直接转到下一个岗位或完成包装。

图7　人机操作界面

4结语

采用Keysight公司的TS-5400功能测试系统测试安全控制气囊控制单元，验证碰撞功能的测试是否合格。其硬件方面集成了遵循国际上标准的通信协议的独立测试模块，具有稳定、精确、独立等特性。软件语法简单、操作界面简洁，容易操作，为跨国企业的产品快速导入提供了很大的方便。系统还能够快速的通过简单的操作获得想要的各种测试报告。实践证明，系统具有很好的扩展性、很高的执行效率和稳定性。当设备出现问题时，维修和维护人员能够快速地定位问题产生的原因，节省了大量的维修时间，提高了生产效率。

参考文献：

[1]吴乐，殷小房，张睿纯.新形势下电子测试技术的需求与发展分析[J].科技创新与应用:工业技术,2013,13:116.

[2]叶声华，秦树人.现代测试计量技术及仪器的发展[J].中国测试,2009，35(2):1-6.

[3]彭承荣，彭杨，覃华强.基于虚拟仪器的汽车电子测试系统设计[J].汽车电器:测试·设备，2014(7):65-67.

[4]侯天伟，盛立峰，史国计，等.基于虚拟仪器的汽车电子设备测试系统[J].长春工业大学学报:自然科学版，2008,29(5):546-549.

[5]唐海燕.基于虚拟仪器的测试平台为汽车电子提供全球同步测试[J].电子设计，2004，11(4)：38.

[6]康学梅.基于虚拟仪器汽车测试系统的研究[D].石家庄：河北科技大学,2010.

[7]张毅刚.自动测试系统[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.

[8]刘君华，申忠如，郭福田.现代测试技术与系统集成[M].北京：电子子工业出版社，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

作者简介：胡艳君(1979-)，男，汉族，吉林九台人，大陆汽车电子(长春)有限公司工程师，硕士，主要从事信号与信息处理方向研究,E-mail:Yanjun.Hu@continental-corporation.com.

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

中图分类号：U467.13

文献标志码：A

文章编号：1674-1374(2016)03-0287-05