一种通用的汽车车身电子单元测试工装的研究设计

董 杰,马建辉,庄汝科,车晓波

(1.山东省汽车电子重点实验室 山东 济南250014;2.山东省科学院自动化研究所 山东 济南250014）

在汽车车身电子单元的设计开发过程中，通过搭建测试平台进行功能的验证及性能的评估是很重要的组成部分，它是设计迭代过程中的信息反馈来源，也是验证车身电子单元是否符合功能要求的重要手段，一般在开发过程中选择专用的昂贵的数据IO卡、通信卡，并开发复杂的手动测试及自动测试软件搭建测试平台。在车身电子单元的批量生产过程中，需要对所生产的产品进行若干功能测试及性能评估以确保产品质量，并满足生产线上快节拍的要求，测试工装做为重要的生产管理工具，它可以高效、完整得评判被测单元的生产质量[1]。在生产过程中由于成本的限制及测试效率的要求，开发过程中的测试平台不再适合做为测试工装使用，需要重新开发测试工装，这样便存在部分程度上的重复开发问题。由于车身单子单元特性的类似性，其输入输出接口可以涵盖在开关、脉冲、总线通信、射频通信及功率驱动的范围内，不同车身电子单元的测试工装也存在一定程度的类似性，这样针对多个车身电子单元分别设计的测试工装，便存在一定程度上的重复开发问题。

文中设计一个通用的测试工装，采用与应用相关的上位机和功能强大但与应用无关的下位机组合的形式[2]，利用PC软件的开发便捷性和灵活性，可以很方便地进行测试程序及测试界面的开发，利用下位机丰富的外设和良好的实时性，实现与不同汽车电子单元的连接，通过不同的上位机测试软件和与被测单元不同的连接方式，不仅可以通过特定测试软件的裁剪实现对被测汽车电子单元开发过程中的测试和生产过程中的测试，还可以通过选择不同的测试软件实现对不同汽车电子单元的测试。

1 设计方法

测试工装包括上位机和下位机两部分[3]，上位机与应用相关，在PC机上以软件包组合的形式实现，实现开发过程中的手动测试和生产过程中的全自动测试，以及不同被测单元的测试管理、结果显示、测试条目选择、测试流程调度以及总线数据的监控；下位机以实时嵌入式系统的形式实现，实现车身电子单元相关的多种性质的信号通道，它做为信号的通道和接口，完成与被测单元的硬件连接、测试接口的配置和监测。测试工装结构如图1所示。

图1 测试工装结构图Fig.1 Structure diagram of test tooling

测试工装通过对被测单元输入输出端口的控制和监测实现对被测单元的功能测试，本文引入“信号通道”的概念，以信号通道的形式管理输入输出端口。根据车身电子单元特性，将信号通道分类并以ID的形式标识，将各个信号通道以ID+标号的形式建立信号列表，通过信号列表访问具体的输入输出端口。在对被测单元进行测试时，根据所选择的测试项，上位机将测试命令、信号通道、信号内容和命令参数发送给下位机，下位机解析命令，根据命令选择对特定的信号通道进行处理，然后向上位机反馈信号通道的状态及内容，由上位机进行测试现象的处理及测试结果的判断。

2 测试方法设计

功能测试的依据是测试规范，首先根据被测单元的技术任务书制定详尽的测试规范，设计相应测试用例，然后根据生产测试的要求，分析被测单元的硬件电路及外部接口特性，对测试规范进行适当裁剪，保证在尽可能少的测试项的条件下实现对被测单元硬件电路的完整测试，以提高生产测试效率。本文设计了一种基于状态图进行车身电子单元功能测试的方法，该方法包含如下步骤：

1）根据被测单元测试规范的要求，分析每一个功能模块的规范说明，细化拆分功能要求，归纳出不同的任务或者子模块。

2）将细分后的任务或者子模块通过状态图的形式进行描述，明确任务或者子模块中的全部状态、迁移条件、执行动作、迁移效果。

3）对状态图进行搜索，遍历图中每一个转换状态，生成满足路径覆盖标准的测试用例。

4）对状态转换中的迁移条件进行解析，分析其类型，获得关系操作符以及数学表达式，将迁移条件中的变量以全局变量的形式保存。

5）接入待测设备，依次执行测试用例，通过下位机操作相应的信号通道使得迁移条件得到满足，一条测试用例执行完毕后，将被测单元的执行动作及状态迁移效果与（2）中提取的预期设计效果进行对比，并记录测试结果。

3 上位机设计

上位机在Labview上实现，利用Labview的图形控件实现被测车身电子单元相关的接口，包括开关、按键、虚拟示波器、波形发生器等，Labview的图形化测试界面可以直观反映被测单元的输入输出接口[4]，在手动测试阶段，以图形界面的方式提供人机操作接口进行手动测试，直观反映测试操作和测试现象及结果，在自动化测试阶段，将每个测试项都封装成一个子模块，利用NI自动测试管理软件TestStand对大量的测试项进行有序的调用[5]，实现对测试流程的自动化管理，自动执行测试操作、进行测试现象的观察，并给出测试结果。

将不同的测试项以库的形式实现并加入到软件包中，不同的测试规范对应不同的测试项组合，这样便可以灵活得组合测试项以满足不同被测单元的测试需求，也可以灵活得添加和裁剪测试项以满足开发测试和生产测试的需求。

4 下位机设计

如图1所示，下位机实现多路数字输入端口、多路数字输出端口、八路脉冲输入端口、八路PWM输出端口、2路CAN总线接口、2路LIN总线接口、可程控电源、并转串接口、串转并接口；其中，并转串接口实现多路数字输入信号的读取，串转并接口实现多路数字输出，脉冲输入端口采集被测单元的脉冲信号，PWM端口输出指定频率和占空比的脉冲信号，CAN/LIN接口提供CAN/LIN通信功能，可程控电源实现对被测试单元的供电和断电[6]。

根据测试工装的架构，下位机与具体应用无关，作为信号通道的载体，下位机在上位机的控制下实现对各个信号通道的操作，各信号通道与被测试单元的接口对应及其逻辑含义由上位机进行解释。每种信号通道对应一种信号性质及其处理方式，以ID+标号的形式进行标识，上位机和下位机维护相同的信号通道列表，针对信号通道进行通信，报文ID采用信号通道ID，设计上位机和下位机的通信报文格式如下：

报文头(0x55+0xaa)+报文ID（信号通道ID）+信号通道标号+报文内容长度+报文内容+16位校验和；

根据报文ID、通信方向及信号通道的不同，报文内容的含义、长度及取值有所不同，下面以数字输入和数字输出端口为例进行说明。

多路数字输入端口，对应ID=1，报文从上位机发送到下位机时，报文内容为双字节大小、以毫秒为单位的采样周期；报文从下位机发送到上位机时，报文内容为单字节大小的端口IO状态，取值0或1。

多路数字输出端口，对应ID=2，报文从上位机发送到下位机，报文内容为单字节大小、所选择端口的IO设置状态。

其他信号通道在此不再赘述。下位机程序设计流程取决于上位机的命令和所管理的信号通道的状态及其变化，其流程图如图2所示。

图2 软件设计流程图Fig.2 Software design flow chart

5 结束语

本文提供的通用测试工装设计方法采用与应用相关的上位机和与应用无关的下位机的结构，充分利用了PC机人机界面设计的便利性和极大丰富的工具集，以及下位机强大的嵌入式实时处理性能和灵活的连接可扩展性，保证了测试工装可以用于多个产品的开发测试和生产测试，更好地扩展了测试工装的适用范围，且可以实现在产品的开发阶段搭建的测试平台，适当裁剪后直接用于生产过程测试，避免了重复开发，具有很强的指导意义和实用价值。

[1]侯冬冬,王勇,马建辉,等.基于WinCE的汽车音频播放系统测试工装的研制[J].山东科学,2010(3):84-86.HOU Dong-dong,WANG Yong,MA Jian-hui,et al.Developmentof car audio player system test tooling based on WinCE[J].Shandong Science,2010(3):84-86.

[2]山东省科学院自动化研究所.汽车车身电子单元的通用测试工装及其工作方法:中国,201210478888.0[P].2013-2-13.

[3]蔡春水.基于嵌入式系统产品的ICT工装设计[J].电子质量,2009(11):11-14.CAI Chun-shui.The design of ICT device based on embedded system product[J].Electronics Quality,2009(11):11-14.

[4]章国庆,董晓峰,黄大星.基于CAN的拖拉机变速箱测试系统[J].农机化研究,2009,(10):196-198.ZHANG Guo-qing,DONG Xiao-feng,HUANG Da-xing.The tractor transmission testing system base on CAN[J].Journal of AgriculturalMechanization Research,2009,(10):196-198.

[5]梅萌，尹秋燕.基于TestStand的音频芯片自动测量系统[J].机电产品开发与创新,2011,24(5):105-106.MEIMeng YIN,Qiu-Yan.Automaticmeasurement system for audio chip based on TestStand[J].Development&Innovation ofMachinery&Electrical Products,2011,24(5):105-106.

[6]黄华，崔洪亮，米文鹏.某测试设备故障监测系统的设计[J].电子产品世界,2011,(1):28-30.HUANG Hua,CUIHong-liang,MIWen-peng.Development of fault-monitoring system for some testing equipments[J].Electronic Engineering&ProductWorld,2011(1):28-30.