自动化测试系统的使用及检测方案

摘 要随着电子产品在人们生活中的广泛使用，自动化测试系统或设备在提高生产效率，满足客户需求和确保产品质量方面起着越来越重要的作用。那么，在生产使用中，如何保证测试设备的正常运行，保证测试精度？本文根据作者近几年的工作经验，通过标准设备外交准、电压自动补偿、系统可靠性检测、脚本管理和日常维护等方面进行阐述。

【关键词】自动化测试系统 校准 可靠性 检测

关于自动化测试系统的稳定性，一般可以从数据统计的角度，通过Gauge R&R来鉴定。关于自动化测试系统的可靠性，准确性，本文主要以某ECU功能测试设备为例进行探讨。该测试系统的硬件部分主要包括：不间断电源（UPS），直流供电电源，工控机，数据采集卡，数字I/O卡，CAN卡，电流传感器等。软件部分：VB开发平台及测试脚本。该设备通过对条码的识别来调用测试脚本对ECU进行功能测试，包括对ECU的校准。那么作为测量系统，特别是作为外校工具，如何在使用过程中保证其可靠性？

1 标准仪器外交准

测试系统中由众多仪器构成，随着时间的推移，仪器中的电子器件的精度会发生偏差。持续工作的时间以及环境条件的影响都会加剧这样的偏差，给测量带来很大的不确定性。要想解决这个问题，就必须定期校准仪器。校准分外部校准和自校准两种。外部校准就是将仪器的当前性能与已知的标准精度进行比较，通过对仪器测量能力的调整，确保其测量精度在厂商提供的标准范围内。要想完成对一个仪器的外部校准，可以将其送回原厂，或者送至一个校准计量实验室进行校准。当然，如果有相应的校准条件，也可以自己实现外部校准。无论采取何种方式，重要的是要注意厂商所提供的仪器的外部校准时间间隔。

作为一个自动化测试系统，对于电源，板卡等，我们会根据用户手册定期对其进行校准，从局部确保测试系统的稳定性。

2 系统线阻压降自动补偿

对于一个庞大的测量系统，线阻是不可避免的，为了保障测量精度，避免产品的误测及报废，对于线阻产生的压降是工程师要考虑和解决的问题。

根据测试要求，需要在ECU针上加固定的电压值，该值是通过程序程控电压源并通过板卡切换到夹具，夹具针对接ECU 针。这个电压值是测试的关键条件，那么，在这个测试系统中，ECU 针上的电压就是电源电压吗？举个例子：电源电压是4V，经过切换电路，经过夹具针后到ECU 针上的电压能保证是4V吗？该设备自身的测量电路通过数据采集卡读取到夹具针上的电压值可能是3.994V，这就可以推测到ECU 针上的电压不大于3.994V，电压的衰减就可能会导致产品的误测。0.1～0.3欧姆的线阻也是客观存在的，作者考虑到通过提升电源电压补偿电路线阻产生的压降，测试脚本程控电源电压输出值。同时考虑到不同设备线阻的不同，智能补偿电压，确保了每台设备上该夹具针的电压值位于3.998到4.002之间，同时实现了脚本可移植性。

3 系统可靠性整体检测

作为外校工具，校准其实是对ECU中模数转换器的校准，因为没有任何一个模数转换器能够得到一个绝对线性的响应。设备对ECU的校准概括起来就是：将設备采集到的电压值/电流值/角度值和ADC值带入到相应的公式中，最终得到一系列gain和offset值。这两个参数主要是用来校准ADC的模拟前端的。目的是让ADC的编码深度能够最大限度的不压缩额定输入信号的幅度，以减少模拟前端的误差造成的信号损失。可以简单的理解为：offset是校准模拟前端的准位，要么是0电平的参考点，要么是中间值的参考点；gain是校准模拟前端的信号幅度，也就是输入最大额定信号的编码要对应最大编码值。这两部分的校准都需要对已知信号进行采样并且与已知信号对应的编码值进行比对，然后调整的。对于该自动化测试系统来说，这个已知信号（电压/电流）的大小是通过传感器和数据采集卡得到的，对已知信号的测量精度决定了该设备的测量精度。所以，系统可靠性检测，归根结底是对系统采集的电压值和电流值等准确度的检测，这里称这些测量值为原始值。这就需要借助精度更高的第三方测量工具来验证原始值的准确性，由此来保障最终gain和offset值的有效性/可靠性，如表1所示。

为保证测试系统的可靠性，作者提出每年对设备原始值做一次整体、系统的检测，即电压值检测，电流值检测和角度值检测。

3.1 电压值检测

设备虽然可以通过数据采集卡检测到夹具针上的电压，但是这个也不是十分精确的，夹具针虽然与ECU针直接接触，但是夹具针上的电压并不是永远等于ECU 针上的电压。比如，夹具与ECU的接触阻抗依然会导致ECU 针上分到的电压偏小。所以如果接触阻抗过大（夹具PIN针氧化，接触面有杂质等），设备测量值与真实值偏差较大，影响对ECU的校准结果。可能会导致ECU无法工作。所以，在电压自动补偿的基础上，仍然需要手动去确认ECU针上的电压值，计算相对误差。

测量的绝对误差与被测量的真值之比（用百分数表示），称为相对误差。因为一般情况下得不到真值，所以可用绝对误差与实际值之比表示相对误差。相对误差可以恰当地表征测量的准确程度。检测方法为：

（1）打开ECU盖子，ECU PIN上焊接测试导线，便于测试电压。将ECU放入夹具。

（2）编写测试脚本。

（3）运行测试脚本，万用表记录电压值

（4）将设备测试结果（DAQ测量结果）与万用表测量结果比较，相对误差在±0.5%内即合格。

3.2 电流值检测

同样，通过设备上的电流传感器和DAQ卡可以自动检测通过ECU Pin的电流，这个测量电路是否存在误差？通过更新并运行测试脚本，将示波器测量结果同设备测试结果比较，相对误差在±3%内即合格。

3.3 角度检测

根据测试需求，在对加速度传感器的校准过程中，需要ECU在X轴方向保持0度，45度和-45度的倾角，这就对夹具控制提出了更高的要求，如果夹具设计存在缺陷，那么角度值就存在误差，测量及最终校准的结果就会导致客户装车失效。升级后的夹具增加了编码器反馈测量系统，达到了客户允许误差<±0.1度的需求。虽然夹具的可靠性大大提升，但是这个角度是相对角度，如果夹具放置倾斜，或者地面不平整，那么测量就存在误差。有必要用第三方工具对角度做一次检测，避免该风险的存在。

方法：用角度仪分别测量ECU在夹具上的0度，45度和-45度位置，比较测量结果看是否存在误差，相对误差在±0.5%内即合格。

4 脚本的管控

随着产品需求量的增加，测试设备不断增多，相同名字的脚本，内容却不同，这就给脚本的管理带来了挑战。为保持版本的统一，这里引入了SVN（版本控制系统）软件。解决了脚本混乱的问题，降低了产品客退风险。

5 硬件升級

随着产品型号的增加，客户需求的不同，需要升级测试设备来实现不同的测试要求。由于所有产品只有一套夹具，一个夹具PIN对不同的ECU就对应不同的负载，这就需要在设备升级时考虑兼容性的问题，保证设备和夹具对于不同的ECU能将其切换到正确的负载上。切换电路是通过数字IO卡和其他板卡来实现的。设备不断升级，板卡数量越来越多，这给维修增加了难度，另外，越来越多的IO口被使用掉，设备的控制更加复杂，IO口的使用需要非常谨慎。

6 设备软件验证/产品分析小工具

ECU EEPROM中任何值的改动都要要重新计算对应的CRC和Checksum值。Checksum和CRC计算是否正确直接影响ECU的功能。如何通过ECU数据来确认测试程序的有效性？面对功能失效的ECU，诊断实验室工程师下载EEPROM数据（S-record文件）之后往往通过手工计算Checksum和CRC值，一般需要半个小时以上才能得出结果，而且由于人为因素，并不能保证结果的可靠性。作者通过对S-record文件（Freescale CodeWarrior编译器生成的后缀名为.S19的程序文件）格式的了解，经过对checksum及CRC算法的研究，通过VB编程语言达到了自动核对文件中checksum及CRC的目的。提高了工作效率。

7 日常维护

搞好清洁卫生；定期更换夹具测试针；检查线路有无老化；插头有无松动。安装防火墙，定时更新病毒库，备份系统以防止系统硬件或存储媒体放生故障，一旦出现故障可用GHOST系统方式快速恢复。定时校准板卡，电源等。正常开关机；正确使用UPS：定期进行充放点。即使不停电，UPS也需要定期进行放电试验以便电池保持活性。放电试验一般可三个月进行一次.使UPS处于电池放电状态，放电持续时间视电池容量而言，一般为几分钟至十几分钟，放电后恢复市电供电，继续对电池冲电。

总之，为了保障测试系统的测量精度，需要测试工程师了解ECU原理及测试系统原理，必要时对设备进行升级改进，注重日常维护，管控及检测工作。

参考文献

[1]林占江.电子测量技术[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2]何朝辉，陈后鹏，戎蒙恬.采样-保持电路中的一种增益误差自校正方法[J].上海交通大学学报，2004，38（05）：733-737.

[3]APC Smart-UPS使用手册的中文翻译版[Z].美国电源转换公司，2011.

作者简介

赵芳芳（1985-），女，河南省平顶山市人。硕士学位。现为天合汽车零部件（上海）有限公司工程师。

作者单位

天合汽车零部件（上海）有限公司 上海市 201806