基于eCAR平台的发动机控制器测试系统

        汽车中电子系统的数量和复杂程度正在不断地增长。如果把汽车生产总成本中的电子系统成本作为一项指标考虑，到2010年，电子系统成本在生产总成本中所占的份额已达三分之一，这一比例还有增加的趋势。目前，新车中约有90%以上的创新都基于电子产品，这些创新使得汽车生产厂商可以更好的满足客户对于高性能，舒适性，通讯和娱乐的要求。为了将这些大量增长的需求整合到现今的电子系统之中，今天的汽车已安装了大量的传感器、执行器、控制模块和分布式系统。面对这样的现状，汽车生产厂商需要一整套测试平台，才能满足这些日新月异的测试需求，并且，迫于产品周期的考虑，测试平台必须具有更高的测试效率和灵活性。
　　在这样的背景下，北京泛华恒兴科技有限公司结合十多年的汽车电子测试经验，推出了全新的汽车电子测试平台eCAR。该平台是针对汽车电子测试需求而研发的综合性测试平台。通过可扩展的架构以及模块化设计，此平台可以为汽车电子测试提供一系列的解决方案，并且能够被快速地转型来完成全新的测试任务。
eCAR平台
　　eCAR汽车电子测试平台采用模块化硬件和通用的软件，平台可划分为各个独立的功能模块，平台架构如所图1所示。测试平台具有如下特点：

图1：汽车电子测试平台架构。
　　开放的混合总线架构：测试平台基于PXI平台，可保证测试与控制的高效性，同时平台集合了Ethernet、GPIB、RS232、CAN、K-Line和FlexRay等各种通信总线。这种开放的混合总线架构，使各种仪器资源都能在该平台下被最优化使用。
　　测试环境仿真技术：精确构建从设计到诊断的测试环境。测试平台具有严格的激励响应控制，独立的资源和并行处理能力，同时能够满足信号仿真和可靠测量的要求。
　　高效开关切换：测试平台通过可程控负载与矩阵的结合，能够有效地监测被测件的管脚在接入负载情况下的工作状态。通过矩阵单元与测量仪表的配合，高效地完成复杂的测试。
　　可靠的通用电气系统：测试平台利用通用电气系统能够满足产线终检设备自动化测试的要求。其具有气缸和电机等动作控制，外部状态读取及电气安全控制等能力。
　　为了满足不同测试项目的实际测试需求，eCAR汽车电子测试平台在通用架构的基础上，搭配不同的硬件组件，可以满足不同测试项目的需要。主要硬件模块具体如下所列，且每类模块都包含有多个型号。
　　机架：用于防止测量仪器和负载等。电源分配：为设备供电。PXI机箱：用于安装PXI控制器和PXI板卡，可选8槽、14槽或18槽机箱。数字I/O：用于开关量的读取和控制。总线通讯：与被测件进行总线通讯，可选CAN、K-Line或Flexray等总线。模拟I/O：模拟输出部分包含静态模拟输出、PWM信号输出、波形发生器和电阻信号输出等信号发生模块；模拟输入部分包含数字化仪表、万用表和模拟电压采集等模块。开关模块：包括多路复用开关和矩阵开关，根据使用场合可选射频开关、电源切换开关或低频信号开关。负载箱：为被测件提供负载，可选多路负载及负载参数。通用电气：状态输入，用于接近开关和光传感器的信号输入；执行输出，用于气动阀体和指示灯等控制；安全控制，用于安全光栅和急停按钮等状态的检测，以及硬件级响应切断电源和起源等。编程电源：根据被测件的供电要求不同，有多种功率电源可供选择。
　　eCAR汽车电子测试平台的软件功能模块设计采用了组件式和插件式的设计理念，其基本涵盖了生产线终检测试设备的所有功能，主要包括：中英文界面、用户管理、参数配置、样件模式、产品模式、工程师模式、数据库存储、报表生成、数据浏览和MSA分析等。对于不同的用户，测试功能可方便选配，其具有如下特点：丰富的硬件驱动库、硬件资源可配置、测试流程可编辑、专业的测试参量算法集和测试功能可选配等。平台软件具有以下特点：
　　自定义测试序列/流程：eCAR汽车电子测试平台软件的ATLAS语言解析器，可以方便客户完成自定义测试序列/流程，提高测试系统的可扩展性。
　　丰富的硬件驱动与总线通讯库：考虑到汽车电子测试涉及到众多的设备和协议，汽车电子测试平台软件提供了当今主流仪器的驱动函数，并且支持客户的自定义仪器驱动。
　　行业专家算法库：针对不同类型的应用，平台软件提供了专业的行业专家算法库。通过多种信号分析手段，结合数字信号处理技术，来最真实地还原信号的特征，表征被测对象的特点。
　　可互换仪器技术与硬件资源智能管理：考虑到测试系统未来的升级和换代需要，测试系统软件部分对各种仪器都具有良好的兼容性，当系统需要更换所用仪器型号，甚至更换供应厂商的时候，软件平台可以无缝变更。
　　根据不同的汽车电子产品测试需求，选择相应的硬件模块及合理搭配平台软件，就可以设计出一套全新的测试系统。以下案例就是基于eCAR汽车电子测试平台而进行设计的。
发动机控制器LTT测试系统
　　汽车电子产品中最为复杂的电子装置是发动机控制器。发动机控制器的作用包括点火控制、燃油注入控制、发动控制、涡轮增压器维持的增压级别控制和其它外围设备控制。实现这些控制需要采集大量的传感器信号，如：MAP传感器信号、油门踏板传感器信号、节流阀位置传感器信号、氧传感器信号和温度传感器信号等。通常，发动机控制器的管脚数目在100～200之间，这就要求测试系统能够提供多种仿真信号，如电阻信号、开关信号、PWM信号、正弦信号和静态模拟信号等，并为控制器提供多达30路以上的负载通道。
　　此外，由于发动机控制器的LTT(lift time test)测试要求在不同的环境(高温环境、低温环境、震动环境和高湿度环境等)下长时间地(长达24天)不间断运行，所以测试系统还需要提供独立的仪器资源、负载资源以及供电系统。
　　采用eCAR汽车电子测试平台搭建发动机控制器LTT测试系统，所需选用的模块化硬件见表1。

表1：发动机控制器LTT测试系统模块化硬件。
　　测试系统框图如图2所示。测试系统采用单上位机和多下位机的结构，上位机为工控机，下位机为TestUnit。工控机和TestUnit之间通过交换机连接，使用TCP/IP协议通讯。TestUnit中包含独立的仪器资源、负载资源以及供电系统，每个TestUnit对应一个发动机控制器。多个TestUnit可以并行独立工作，对应不同的测试环境。测试系统最多可以扩展20个TestUnit(对应20个控制器)，同时在不同的环境下测试。

图2：发动机控制器LTT测试系统框图。
　　TestUnit的系统框图如图3所示，其外观如图4所示。TestUnit具有如下特点：

图3：TestUnit框图。

图4：TestUnit外观。[page]

　　丰富的仪器资源：包含110路数字I/O通道、32路16位分辨率的模拟输入通道(共享250kS/s采样率)和4路16位分辨率的模拟输出通道。
　　强大的通讯能力：高速(1Mbit/s)CAN总线、K-Line总线，可扩展的LIN、Flexray总线。
　　最高可达64路的可编程模拟负载通道。
　　快速的连接：通过一个150针的Harting接头与发动机控制器进行连接。
　　方便的调试接口：辅助Harting接口，用于人工监测测试过程中的仪器工作状态。
　　插卡式的模块化设计，方便维护与升级。当发动机控制器的型号发生变化，导致管脚定义和测试环境等变化时，无需更换TestUnit昂贵的仪器资源，仅需选择性地更换编程电阻卡、信号调理卡、模拟负载卡和开关卡即可。
　　发动机控制器LTT测试系统外观如图5所示(采用42U标准机柜)。发动机控制器LTT测试系统的软件采用eCAR汽车电子测试平台的软件进行搭建，软件主界面如图6所示。测试系统软件包含了自定义测试序列/流程、仪器管理、总线通讯和专家算法库等eCAR平台软件中的基本功能。

图5：发动机控制器LTT测试系统外观。

图6：软件主界面。
本文小结
　　汽车电子产品的测试要求正从简单的合格与否向多项性能指标测试进行过渡。应对这些需求变化，eCAR平台能为汽车电子产品测试提供标准的兼具灵活的硬件配置和可移植的软件平台，从而为其提供一种高效的解决方案。