摘要： 針對汽車電子的測試要求的日益增高，本文介紹了一種基于虛擬儀器的測試平臺，可以極大地方便汽車電子產(chǎn)品的測試。
關(guān)鍵詞： 虛擬儀器；汽車測試；LabVIEW；PXI

    隨著半導(dǎo)體及軟件技術(shù)的快速發(fā)展，汽車電子在汽車產(chǎn)業(yè)中所占比例越來越大。從汽車的舒適性到穩(wěn)定性乃至安全性的實現(xiàn)中，汽車電子產(chǎn)品都擔(dān)任著至關(guān)重要的角色，并且正發(fā)揮著越來越廣泛的作用。汽車電子產(chǎn)品廠商也正面臨著巨大的市場挑戰(zhàn)——提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本等等。

    在這樣的條件下，對汽車電子產(chǎn)品的測試設(shè)備的要求日益增高，主要體現(xiàn)在以下方面。

復(fù)雜的測試要求

    汽車電子產(chǎn)品在整車系統(tǒng)中的比例和實現(xiàn)的功能不斷增加，要求其具有豐富的功能；隨著基于CAN、K-Line、LIN等總線的車身網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，還需要實現(xiàn)單個設(shè)備與整車網(wǎng)絡(luò)之間可靠的實時通訊。這都要求汽車電子產(chǎn)品出廠前需要經(jīng)歷復(fù)雜的功能和參數(shù)測試過程，從而保證產(chǎn)品滿足車廠所規(guī)定的功能上及質(zhì)量上的諸多要求。

嚴(yán)格的質(zhì)量管理流程

    除了能夠?qū)崿F(xiàn)測試功能，測試設(shè)備還需要保存測試數(shù)據(jù)、提供測試數(shù)據(jù)在線分析功能，并能方便地?fù)?jù)此進(jìn)行生產(chǎn)過程統(tǒng)計(SPC)，如測量系統(tǒng)分析(MSA)和工序能力指數(shù)(Cpk)等，從而作為企業(yè)質(zhì)量管理的數(shù)據(jù)來源。

開發(fā)與測試周期

    目前汽車廠商推出新車型的周期越來越短，以滿足不斷發(fā)展的市場要求。對于在國外設(shè)計，國內(nèi)生產(chǎn)的汽車電子產(chǎn)品而言，國內(nèi)廠商需要在短時間內(nèi)建立完整的測試線；而對于國內(nèi)自主設(shè)計的汽車電子產(chǎn)品，往往要求測試線不但能夠進(jìn)行出廠前測試，還需要承擔(dān)部分設(shè)計驗證任務(wù)，因而在產(chǎn)品研發(fā)階段就要實現(xiàn)測試系統(tǒng)，同時需要預(yù)先考慮由于產(chǎn)品改進(jìn)而引起的測試設(shè)備變動。

    苛刻的時間要求還體現(xiàn)在提高測試效率上。對于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，利用功能單一、需要操作人員手工操作的傳統(tǒng)測試設(shè)備很難達(dá)到時間和質(zhì)量上的要求。因此使用自動化測試設(shè)備成為提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量必不可少的條件。

成本控制

    汽車電子廠商往往需要生產(chǎn)多種型號、具有類似測試要求的產(chǎn)品，這就要求測試設(shè)備具有可復(fù)用性，可以簡單的實現(xiàn)多種產(chǎn)品共用同一條測試線，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的，同時也降低了設(shè)備維護(hù)的開支。

    如果完全采用進(jìn)口測試設(shè)備，則設(shè)備的引進(jìn)及維護(hù)成本高、檢修周期長，已經(jīng)有越來越多的廠商在考慮將進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化，利用本地的供應(yīng)商或自行開發(fā)和維護(hù)。

    由以上可見，在汽車電子產(chǎn)品測試中，所采用的測試設(shè)備是一種需要根據(jù)被測產(chǎn)品的不同而快速靈活定制、能夠提供豐富的測試功能、便于本土工程師快速開發(fā)及維護(hù)的軟、硬件平臺。

測試平臺

    針對以上應(yīng)用需求，本文介紹一種基于虛擬儀器技術(shù)的汽車電子測試平臺，可以極大地方便各廠商進(jìn)行汽車電子產(chǎn)品測試。

圖 1 汽車電子測試平臺的構(gòu)成

    如圖1所示，該測試平臺基于虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建，由兩部分組成——軟件和硬件。硬件采用美國國家儀器公司(NI)的PXI模塊化儀器；軟件采用NI的LabVIEW圖形化編程語言和TestStand測試管理軟件開發(fā)。

硬件組成

    PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺，具備系統(tǒng)的模塊化、容易集成、容易裝卸和連接，以及方便提高設(shè)備同步與觸發(fā)精確度等卓越特性。

    同時PXI模塊化儀器具有豐富的產(chǎn)品，如NI所生產(chǎn)的PXI模塊在汽車電子產(chǎn)品測試領(lǐng)域中所適用的有各種模擬和數(shù)字信號采集、調(diào)理、信號多路復(fù)用及矩陣連接控制、各種總線接口、射頻及任意信號發(fā)生器等等?？蔀槠囯娮訌S商提供寬廣的選擇余地。

    圖2示出一組典型的用于汽車電子產(chǎn)品檢測的PXI模塊化儀器，其中包括了基于Pentium CPU的PXI控制器、由數(shù)字萬用表和多路復(fù)用開關(guān)及矩陣開關(guān)組成的多路電流、電壓測試系統(tǒng)、用于產(chǎn)生汽車收音機電臺信號的射頻信號發(fā)生器、汽車收音機音頻分析儀等設(shè)備。為了實現(xiàn)自動化測試，汽車電子產(chǎn)品廠商通常利用產(chǎn)品本身具有的總線，如CAN、K-Line等，開放特定的控制指令用于產(chǎn)品狀態(tài)控制，從而無需人工干預(yù)。因此在這些模塊化儀器中，通常包含一個總線控制器(如CAN、K-Line、LIN控制器等)。除此以外，通常配置一塊具有寬電壓輸入輸出和光隔的DIO卡，用于與自動化生產(chǎn)線之間進(jìn)行時序同步和夾具控制等。

圖2 PXI 模塊化儀器的典型配置

    圖2的示例中包括了各種經(jīng)常用到的汽車電子產(chǎn)品測試儀器。在大多數(shù)應(yīng)用中，可以對上述模塊化儀器進(jìn)行定制，選用其中的一部分儀器，即可實現(xiàn)如汽車收音機(包括VCD/DVD/導(dǎo)航)、儀表板、行車記錄儀、HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioning)等產(chǎn)品在PCB及整機狀態(tài)下的功能及參數(shù)測試。

軟件組成

    如圖3所示，汽車電子測試平臺中的軟件部分由產(chǎn)品驅(qū)動程序、測試設(shè)備驅(qū)動程序、測試項目實現(xiàn)、測試序列(Test Sequence)和用戶定制程序(如用戶操作界面、測試數(shù)據(jù)庫管理軟件)等部分組成。

    產(chǎn)品驅(qū)動程序——用于實現(xiàn)被測產(chǎn)品的程序控制，通常由各種總線方式(如CAN、K-Line、串口等)進(jìn)行控制。以達(dá)到無需人工設(shè)置產(chǎn)品狀態(tài)而進(jìn)行測試的目的。對于特定類型的產(chǎn)品，需要進(jìn)行控制的參數(shù)通常是統(tǒng)一的，與型號無關(guān)的。例如對于汽車收音機的音頻測試，不論任何型號，所需要控制的參數(shù)通常有音量、波段、調(diào)諧頻率、音效控制等。從而保證在為新型號產(chǎn)品開發(fā)測試軟件時，無需修改調(diào)用它們的函數(shù)，只需要重新開發(fā)一組符合預(yù)先定義的接口類型的收音機控制程序即可。

圖 3 汽車電子測試平臺的軟件結(jié)構(gòu)

    測試設(shè)備驅(qū)動程序——主要指PXI模塊化儀器的驅(qū)動，用于保證儀器的正常操作和向開發(fā)者提供應(yīng)用程序接口(API)。這一部分無需用戶自行開發(fā)，PXI模塊化儀器的生產(chǎn)廠商會隨硬件提供相應(yīng)的驅(qū)動程序，通常還具備界面簡單、易操作的硬件管理環(huán)境(如NI的MAX)，通過這個硬件管理環(huán)境，用戶無需編程即可實現(xiàn)硬件自檢、手動測試、硬件配置等功能。

    測試項目實現(xiàn)部分——是產(chǎn)品驅(qū)動程序和測試設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)合。汽車電子產(chǎn)品廠商針對其不同產(chǎn)品，都會有特定的測試規(guī)范，而同一類型產(chǎn)品的測試規(guī)范通常是相同的。一旦根據(jù)廠商的要求開發(fā)完成，在構(gòu)建同類產(chǎn)品測試線時不用或很少更改測試項目的執(zhí)行程序。

    測試序列——按照廠商所有的測試要求，將測試項目組合起來，就構(gòu)成了一個測試序列。在此平臺中，測試序列的表現(xiàn)形式為.seq文件(TestStand文件)。在這個測試序列中實現(xiàn)了所有的數(shù)據(jù)采集、分析、記錄功能。

    用戶定制程序——包括用戶操作界面和測試數(shù)據(jù)庫管理軟件等。在此測試平臺中，用戶操作界面和測試數(shù)據(jù)庫管理軟件作為一個通用的組件，可以應(yīng)用于各種產(chǎn)品的測試線上，而無需任何修改。

    該軟件平臺具有以下特點：

    * 同一個測試軟件平臺可以測試不同型號的同類產(chǎn)品。
 
    由于同類產(chǎn)品的測試內(nèi)容和測試方法通常是相似的，因此軟件中的測試項目實現(xiàn)部分只需要針對不同產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的配置，就可用于所有具有相同測試方法的測試項目，用戶無需重新編寫代碼。

    * 同一個測試序列可以在不同測試站上運行。

    考慮到產(chǎn)品平均出廠時間的限制，廠商在選擇PXI模塊化儀器時，通常會選用多個測試站來分擔(dān)全部測試時間。這些測試站可以具有相同或相似的配置，在某些測試站上還會采用GPIB儀器以充分利用現(xiàn)有資源。如果其中一臺測試站發(fā)生故障，該站上的測試軟件可以在無需重新編寫程序的條件下完成測試站的互換，只需要更改測試設(shè)備的資源名稱。而測試設(shè)備驅(qū)動程序中已經(jīng)同時支持了PXI模塊化儀器和傳統(tǒng)GPIB儀器。

    * 開發(fā)及維護(hù)時間大大縮短

    從圖3中可以看到，除了被測產(chǎn)品驅(qū)動程序和測試序列會隨著被測產(chǎn)品不同而變化，其它部分在一次開發(fā)完成后無需或很少改動。因此大多數(shù)情況下，無論是系統(tǒng)集成商還是廠商自己的開發(fā)工程師都只需要將精力投入到特定的被測產(chǎn)品控制和實現(xiàn)測試序列上。

    同時，由于在一個工廠內(nèi)采用了統(tǒng)一的軟件平臺，極大地減少了軟件維護(hù)的時間開銷。不同的測試線對工程師的要求也趨于統(tǒng)一，從而降低了因人員流動而造成的風(fēng)險。

應(yīng)用實例

    某汽車電子廠商選用了上海聚星儀器有限公司的汽車電子測試平臺組成汽車收音機的測試線，為了滿足產(chǎn)品Cycle Time的要求，采用七個PXI測試站來分擔(dān)上百個測試項目。其中兩個測試站進(jìn)行PCB形態(tài)的測試，如PCB上的測點電壓、電流等參數(shù)；另外的測試站均為整機形態(tài)的測試，如調(diào)校、CD/MP3、AM/FM、音效控制、寫入產(chǎn)品追蹤及生產(chǎn)信息等等。如圖4所示。

圖 4 汽車電子測試平臺應(yīng)用實例

    每個測試站上運行不同的測試序列，但采用相同的用戶操作界面和測試數(shù)據(jù)管理軟件。

    由于采用了基于虛擬儀器技術(shù)的汽車電子測試平臺，目前該測試線同時承擔(dān)了三種類型、十幾個型號的汽車收音機自動測試任務(wù)，而該測試平臺的維護(hù)只需要一個工程師即可完成。

結(jié)語

    基于虛擬儀器技術(shù)的汽車電子測試平臺能夠有效的滿足日趨復(fù)雜的測試要求，提高測試線的開發(fā)效率并降低生產(chǎn)成本，正逐漸成為汽車電子產(chǎn)品測試領(lǐng)域中新的趨勢。