汽车车身控制器自动测试系统的设计与实现_图文

1、华中科技大学硕士学位论文汽车车身控制器自动测试系统的设计与实现姓名:王鹏申请学位级别:硕士专业:机械电子工程指导教师:孙容磊20070524华中科技大学硕士学位论文摘要随着汽车工业的发展,电子控制装置越来越多地在现代汽车中使用。车身控制器是重要的汽车电子控制装置之一,包括中央门锁控制、电动车窗控制、防盗报警控制、灯光控制、安全气囊控制、雨刮器控制等。现阶段,国内许多生产厂家已经能够自主设计汽车车身控制器,并已投入批量生产。但其产品的测试还停留在人工测试的水品上,影响了整体生产效率。因此,开发一套汽车车身控制器的自动测试系统成为必然。本文以汽车车身控制器自动测试系统的开发为基础,建立了一种基于功

2、能验证的测试模型。该模型将多输入多输出(MIMO, Multiple Input Multiple Output结构的被测系统根据不同功能简化为若干多输入单输出(MISO, Multiple Input Single Output结构的功能块,并根据该模型提出一种用于生成测试序列的最短路径算法。整个测试系统基于虚拟仪器技术构建。在硬件上,采用以工控机为控制核心,以数据采集卡为I/O设备构建硬件平台,组态灵活,通用性好;在软件上,使用LabWindows/ CVI作为测试软件开发环境,图形界面友好,编程快速、方便。本文解决了汽车BCM测试系统在硬件设计上的关键技术,主要解决了在非车载环境下对电机

3、负载的模拟问题和大电流的检测问题。模拟负载采用了并联达林顿管与功率电阻连接的模拟电子负载结构形式,对大电流的检测使用了霍尔电流传感器。另外,考虑到测试系统的通用性,设计了汽车BCM与数据采集卡连接的接口电路以及汽车BCM 与计算机间进行数据交换的通讯电路。在测试软件开发中,本文解决了在LabWindows/CVI环境下非NI公司数据采集卡的控制问题以及实时多任务处理问题。对数据采集卡的控制主要采用动态链接库技术,通过调用数据采集卡在VC环境下的库函数来实现;实时多任务处理主要采用多线程技术实现了数据的实时采集与显示,以及自动测试的过程控制。本文最后介绍了所开发的这套测试系统。从实际使用情况看,

4、该测试系统达到了预期的设计要求。关键词:自动测试故障检测车身控制模块虚拟仪器华中科技大学硕士学位论文AbstractWith the development of modern IT, electronic control device are increasingly used in modern automobiles. Body control module is one of the most important electronic control devices of automobile, including central lock control, electric glas

5、s control, guard against theft and alarm control, light control, airbag control and rain brush control etc. Nowadays, Body Control Module (BCM can be designed independently in domestic manufacturers and also be manufactured in batches. Nevertheless, the situation that the test of products is in the

6、level of manual test seriously restricts the total production efficiency. It is necessary to develop an automatic test system of body control module for automobiles.For the purpose of functional validation this paper establishes a test model for the BCM of automobiles. In the model, a multiple input

7、 and multiple output (MIMO structured system is decomposed into several multiple input and single output (MISO structured modules. A shortest path-searching algorithm used to generate test sequence is also proposed according to the test model.The whole test system is constructed using Virtual Instru

8、ment techniques. On the aspect of hardware, using industrial PC as its control device and PC-DAQ card as its I/O device makes it easy to reconfigurate the test platform. On the aspect of software, LabWindows/CVI is used as a development tool for the test application software, which provides friendly

9、 GUI and convenient programming environment.Some key problems in developing the hardware system of the BCM test equipment are solved in this paper, including the analog of motor load under off-vehicle circumstance and strong current detection. Parallel connected Darlington transistor and power resis

10、tor are used as basic structure for analog load. The Hall current sensor is used to detect strong current. In addition, considering the system reconfiguration, the interface circuit from BCM to PC-DAQ card, as well as the communication circuit for data exchange from BCM to IPC is designed.During the

11、 development of test software, the thesis solves the control problem of DAQ card not produced by NI Company, as well as the problem of handing real time multitasks. Dynamic Link Library technique is used to call the functions provided for the VC environment. Multithread technique is used to realize

12、real time data sampling and displaying, as well as the automatic test process control.Finally, the developed BCM automatic test system is introduced. The real world applications of the BCM test results demonstrate that the developed system meets design specifications and satisfies customs demands.Ke

13、ywords: Automatic Test, Fault Detect, Body Control Module, Virtual Instrument独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件

14、和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密,在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。(请在以上方框内打“”学位论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题来源本课题来自华中科技大学机械学院与武汉隆泽电子有限公司联合开发的“汽车车身控制器测试系统”项目。本课题得到以下项目的联合资助:z国家自然科学基金“十五”重大项目“芯片封装界面制造过程多参数影响规律与控制”,批准号:50390064;z国家自然科学基金项目“基于逻辑网的

15、分布学习调度方法与系统研究”,批准号:50575079。1.2课题背景随着汽车工业的发展,汽车电子产业也迅速发展起来。2005年,我国汽车电子产业保持了较高的增长速度,并从此开始进入加速增长时期;20062007年,我国汽车电子产业的发展进入高峰期;预计到2008年,由于产能转移速度的放缓,产业规模增长率开始逐步下降,但仍保持30%的增长速度;2009年,我国汽车电子产业规模将达到1434.1亿元;到2010年,我国汽车电子及电子技术相关产品,平均在整车成本中所占的比例将上升到30%,汽车电子的发展速度将从目前10%增长率上升到20%1。汽车电子产品按其使用功能可以分为汽车电子控制装置和车载汽

16、车电子装置两大类2。其中汽车电子控制装置与车上机械系统进行配合使用,即所谓“机电结合”的汽车电子装置,包括发动机控制系统、底盘控制系统、车身电子控制系统等;车载汽车电子装置则是在汽车环境下能够独立使用的电子装置,包括汽车信息系统、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统等。在汽车工业发达国家汽车电子产品已经普遍应用于现代汽车上,大大提高了汽车各方面的性能。对于汽车电子控制装置来说,其核心是电子控制单元(ECU, Electronic Control Unit,它主要由单片微处理器、程序存储器、数据存储器、A/D转换器、I/O接口电路组成。现代汽车越来越多的控制功能对ECU的设计制造提出了很高要求。文献

17、3概述了汽车ECU的制造流程(见图1.1。ECU在制造完毕后需要进行功能测试,这是确保华中科技大学硕士学位论文产品合格的最后一步,也是保证产品质量最为重要的一步。所谓功能测试是指将待测器件(DUT, Device Under Test的所有输入输出端口连接到测试仪器,测试仪器通过模拟最终的电气环境来验证其时序关系和逻辑设计是否符合要求。 图1.1汽车ECU的制造流程随着计算机技术、微电子技术、软件技术的发展,自动测试技术也有了巨大的发展。虚拟仪器(VI, Virtual Instrument这一概念是由美国NI(National Instruments公司于20世纪80年代首先提出的。虚拟仪器

18、的核心思想是利用计算机的强大资源使本来需要 硬件实现的技术软件化,以便最大限度地降低系统成本,增强系统功能与灵活性4。虚拟仪器技术以其强大功能,在汽车电子产品的测试领域已经有了广泛的应用。例如,在国外,V olvo汽车公司撞击测试使用NI公司的DIAdem软件进行数据分析;大众汽车(V olkswagen的风洞试验采用NI公司的LabVIEW软件控制并优化空气动力状况;泛亚汽车技术中心使用NI数据采集和CAN解决方案进行汽车动力系统仿真。在国内,吉林大学将虚拟仪器技术成功应用于汽车ABS检测试验台的测控系统中5。基于虚拟仪器技术的汽车电子自动测试平台能够有效的满足日趋复杂的测试要求,提高测试系

19、统的开发效率并降低生产成本,正逐渐成为汽车电子产品测试领域中新的趋势。1.3课题的目的和意义本课题的研究目的是开发汽车车身控制模块(BCM, Body Control Module的自动测试系统,该自动测试系统能够用于多种汽车BCM的功能测试,并在此基础上,结合国内外在自动测试领域的研究现状,对自动测试模式生成和故障检测进行初步研究,以此加深对自动化测试技术和故障检测技术的更进一步认识。汽车BCM实物如图1.2所示。汽车BCM属于汽车车身电子控制系统,主要包括灯光控制、电动车窗控制、中央门锁控制、防盗报警控制、电动后视镜控制、电动座椅控制、雨刮器控制等。华中科技大学硕士学位论文 图1.2 汽车

20、BCM实物图BCM在制造完毕后需要进行功能测试以保证产品质量。传统的测试仪器是采用单片机作为控制电路,以LED作为指示灯,以各种按钮作为开关量输入的形式,如图1.3所示,测试人员需要按照车身控制模块的各种功能通过手动方式一步一步进行测试,测试效率低,可靠性差。 图1.3传统BCM测试仪开发汽车BCM自动测试系统的意义在于:1提高测试效率。借助计算机强大的功能实现自动测试,可以大大提高测试效率,提高测试可靠性;2实现测试通用性。借助虚拟仪器技术的灵活性和可扩展性,可以在一套测试系统内测试多种汽车BCM的功能,实现测试系统的通用性。1.4自动测试技术概述1.4.1自动测试系统的发展自动测试系统(A

21、TS, Automatic Test System是指以计算机为控制核心,在程序控华中科技大学硕士学位论文制下完成某种测试任务而组合起来的测试仪器和其他设备的有机整体的总称。自动测试系统的发展大约经过了三个阶段6,7:第一代自动测试系统已经采用了计算机控制或采用逻辑、定时电路进行控制。由于总线标准尚未确定,设计人员需要自行设计仪器与控制器之间的接口电路。这种接口电路往往是专用的,其通用性较差。第二代自动测试系统则解决了测试系统总线问题。具有代表性的是在20世纪70年代出现的CAMAC总线和GPIB总线标准。测试标准接口总线的出现使得硬件接口得以标准化,但测试软件仍然没有统一的标准出现。第三代自

22、动测试系统则是以虚拟仪器技术的出现为标志的。20世纪80年代NI公司首先提出这一概念。虚拟仪器技术的出现使得软件在整个测试系统中成为重点,虚拟仪器技术在自动测试领域的应用使得测试系统的通用性问题得以解决。1.4.2自动测试系统的组成如图1.4所示,自动测试系统通常包括五个部分: 图1.4自动测试系统组成框图1.控制器。主要是指计算机、工控机等;2.程控仪器、设备。主要包括各种程控仪器、激励源等以及显示、打印、存储记 录设备等;3.总线与接口。这是连接控制器与各种仪器的通道,主要完成消息、指令和数据的传输与交换;4.测试软件。为了完成测试任务而编制的各中软件,如测试主程序,数据采集卡驱动程序等;

23、5.被测对象。根据测试任务的不同,被测对象千差万别。通常由测试人员通过不同的接口与测试设备相连。华中科技大学硕士学位论文1.5虚拟仪器技术概述1.5.1虚拟仪器技术的发展虚拟仪器从概念的提出到目前技术日趋成熟,体现了计算机技术对传统工业的巨大革命。大致说来,虚拟仪器的发展经历了三个阶段8。第一阶段是利用计算机增强传统仪器的功能。由于GPIB(General Purpose Interface Bus总线标准的确立,计算机和外界通信成为可能,只要把传统仪器通过GPIB和RS-232同计算机连接起来,用户就可以用计算机控制仪器。随着计算机系统性价比的不断上升,用计算机控制测控仪器成为一种趋势。第二

24、阶段是开放式仪器的构成阶段。仪器硬件上出现了两大技术进步:一是插入式计算机数据采集卡(plug-in PC-DAQ;二是VXI(VMEbus eXtensions for Instrumentation仪器总线标准的确立。这些新的技术使仪器的构成得以开放,消除了第一阶段内所存在的由用户定义和供应商定义仪器功能的区别。第三阶段虚拟仪器框架得到了广泛的认同和采用。软件向面对对象技术的方向发展使得虚拟仪器的功能更加强大和灵活,用户可以根据实际需要构建自己需要的虚拟仪器。这时,许多行业标准在硬件和软件上已经产生,几个虚拟仪器平台已经得到广泛认可,并逐渐成为虚拟仪器行业标准工具。发展到这一阶段,人们认识

25、到虚拟仪器软件框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键。1.5.2虚拟仪器的构成虚拟仪器通常由硬件设备与应用软件两大部分构成9,10,11,其结构体系框图如图1.5所示。1. 虚拟仪器的硬件平台构成虚拟仪器的硬件平台包括两部分。1. 计算机系统虚拟仪器的计算机系统一般为一台PC机或工作站,它是硬件平台的核心。2. I/O机接口设备I/O接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、A/D转换。不同的总线有其相应的I/O接口硬件设备,如利用PC总线的数据采集卡、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口总线仪器等。虚拟仪器的I/O设备构成方式主要有五种类型。华中科技大学硕士学位论文 图1.5虚

26、拟仪器的结构体系12z PC-DAQ(Data AcQuisition系统这种方式借助于插入PC机和工控机内的数据采集卡与专用的软件相结合,完成测试任务。它充分利用计算机总线、机箱、电源及软件的便利。插卡类型有ISA卡、PCI 卡和PCMCIA卡等多种类型。z GPIB系统GPIB系统是以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。GPIB总线是一种并行外总线,它是HP公司在1965年设计的HP-IB仪器接口总线的基础上发展而来的,经历了IEEE488-1975、IEEE488.1-1987、IEEE488.2-1987几个不断改进完善的阶段,目前市面上使用的是IEEE4

27、88.2标准的GPIB。该标准的成功之处在于它使测试系统的互连和通讯标准化。z VXI系统VXI系统是以VXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。VXI总线是一种高速计算机总线VME在VI领域的扩展,由HP、Tektronix 等公司在1987年共同制定,它以VME为基础,吸取了GPIB易于组合的优点。适合组建华中科技大学硕士学位论文大、中规模的自动测试系统和对速度和精度要求较高的场合。组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器,造价比较高。z PXI系统PXI(PCI eXtensions for Instrumentation系统是以PXI标准总线仪器模块

28、与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。PXI总线1997年由NI公司推出的。它是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的,增加了多板同步触发总线的参考时钟。用于精确定时的星形触发总线,以使用相邻模块的高速通讯的局部总线。PXI 具有高度可扩展性,可扩展到256个扩展槽。把台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来,将形成未来主流的虚拟仪器平台之一。z串口系统串口系统是以串口标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。USB通用串行总线和IEEE1394总线是被PC机广泛采用的两种串口总线,它们已被集成到计算机主板上。USB2.0标准的数据

29、传输率能达到480Mbps。该总线具有轻巧简便、价格便宜、连接方便快捷的特点。IEEE1394总线是由苹果公司于1989年设计的高性能串口总线,目前传输速率为100Mbps、200Mbps、400Mbps,将来可达3.2Gbps。这种总线是专为需要大数据量串行传送的数码相机、硬盘等设计的。USB及IEEE1394总线均具有即插即用的能力,与并行总线相比更适合于连接多外设的需要。2. 虚拟仪器的开发软件开发虚拟仪器必须要有合适的软件工具。目前的虚拟仪器开发工具主要有如下两类。一种是文本式的编程语言,如Visual C+、Visual Basic、LabWindows/CVI等;另一种则是图形化的

30、编程语言(G语言,如LabVIEW、HPVEE等。1.5.3虚拟仪器的应用领域及发展趋势虚拟仪器作为新兴的仪器仪表,其优势在于用户可自行定义仪器的功能和结构等,且构建容易、转换灵活,因此它在各个领域都得到广泛的应用。目前,虚拟仪器已在超大规模集成电路测试、模拟电路和数字电路测试、现代家用电器测试、电子元件和电力电子器件测试以及军事、航天、生物医学、工厂测试、电工技术领域等的可移动式现场测试工作中得到应用,并且应用领域还将不断拓宽13。随着计算机、通信和微电子技术的不断发展,虚拟仪器将会向高效、高速、高精度和高可靠性以及自动化、智能化和网络化的方向发展,并且越来越大众化和小型化。开放式数据采集标

31、准将使虚拟仪器走上标准化、通用化、系列化和模块化的道路。“人工智能”和“人工生命”的新方法、新技术实现测控系统的“智能化”。发展迅速的计算华中科技大学硕士学位论文机网络技术将使虚拟仪器走向网络化。使用网络化虚拟仪器,可以在任何地点、任何时间都能获取测量数据信息。网络化虚拟仪器也适合异地或远程控制、数据采集、故障检测、故障诊断等。与以计算机为核心的虚拟仪器相比,网络化虚拟仪器是仪器发展史上的又一次革命。网络化虚拟仪器将由单台虚拟仪器实现的数据获取、数据分析及图形化显示三大功能分开处理,分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的三大功能,进而实现信息资源的共享。1.6本文内容安排本文以汽车车身控制器

32、的自动测试系统开发为基础,对汽车BCM的自动测试系统进行了初步的研究,提出了汽车BCM测试系统的设计方案,并针对被测系统的特点建立了测试模型,给出了用于测试序列生成的最短路径算法。在硬件系统的设计方面,主要解决了汽车BCM自动测试系统的通用性问题,在测试软件的开发中,采用模块化设计思想,分别设计了该自动测试系统的系统管理、数据采集、自动测试与数据处理等模块。最后,针对这套汽车BCM自动测试系统在使用中产生的问题进行分析,提出了进一步工作展望和进一步完善该测试系统的解决办法。本文内容安排如下:第一章主要介绍了本课题的基本背景,课题研究的目的和意义,并针对该课题的特点介绍了自动测试技术和虚拟仪器技

33、术的概况。第二章对汽车BCM的自动测试系统进行总体设计,提出了硬件系统设计和测试软件开发的基本思路。第三章建立了被测系统的测试模型,提出了自动测试序列的自动生成算法,并利用该算法进行了实例分析。第四章进行了该自动测试系统硬件的设计,针对测试系统的通用性提出了解决方案,并针对测试硬件系统中的关键技术提出了解决方案。第五章进行了测试系统的软件开发,开发过程中采用模块化设计方式,分别开发了该测试系统的系统管理、数据采集、数据处理和自动测试模块。第六章则介绍了所开发的汽车BCM测试系统,并对其功能进行说明。最后通过该测试系统的实际使用情况说明了其测试效果已达到预期要求。第七章对全文进行总结,并提出进一

34、步研究展望。华中科技大学硕士学位论文2汽车BCM自动测试系统的总体设计2.1引言汽车BCM通常是由电子定时报警控制系统(ETACS,Electronic Timing & Alarm Control System来控制车身的。ETACS可看作是数字电路集成系统。数字电路的测试大致分为两类:一是参数测试,再就是验证测试14。本文所研究的测试系统是指汽车BCM处于生产制造阶段的验证性测试,这种测试可以看作是功能测试。要实现各种功能的自动测试,可以有多种不同的设计方案,本章首先对该自动测试系统总体方案进行概述,介绍了汽车BCM的测试类型、测试原理、测试方法和测试系统要达到的目标,然后对该自动测试系统

35、进行了总体方案设计,对硬件系统进行选型,并选择了开发测试系统的软件。2.2测试系统开发概述2.2.1测试类型汽车BCM在设计、生产、维护等不同阶段其测试的目的是不同的。在设计阶段通常是设计验证,在生产阶段则是产品检验,在汽车BCM使用后出现故障则需要故障诊断。文献15归纳了三种常见测试类型设计验证、制造验证和故障诊断。这三种类型的测试同样适用于汽车BCM的测试。z设计验证测试在汽车BCM电路板的设计阶段,为了找出设计中的漏洞,在设计初期都要进行电路板的设计验证测试。在许多电子系统设计中,无论在经济上、时间上都不允许设计者采用原理样机、现场试验的办法来验证其设计的正确性。而采用测试的方法在计算机

36、上作设计验证,既可以节省时间,又能降低费用。z制造验证测试当汽车BCM电路板的设计通过设计验证而进入生产制造阶段时,测试的目的就变为产品检验,即查出产品是否存在故障。查明电路是否存在故障称作故障检测,故障检测只关心产品的好与坏。封装后的BCM板必须经过严格的制造验证测试,确认它们是华中科技大学硕士学位论文无故障的,才能出厂或装入系统。z故障诊断测试汽车BCM板在使用后可能会出现故障,当发现BCM板存在故障后,确定引起故障的原因及明确当前故障的状态称作故障诊断。更确切地说,电路板的故障诊断就是在电路板所允许的条件下进行各种必要的测试,以确定引起电路板性能不正常的故障元件的位置及该故障元件的参数值

37、,前者简称故障定位,后者简称为故障定值,两者统称为故障辨识。本文所研究的自动测试系统是指汽车BCM电路板处于产品检验过程中的测试系统。在设计该自动测试系统时,仅仅只关心该电路板是否存在故障,而对故障在什么地方,是何种故障不作要求。2.2.2测试原理引起电路故障的因素很多,对于一个只关心故障是否存在的电路系统,其测试原理可采用黑箱理论(Black Box Theory来进行,即在不清楚电路内部的情况下,给其输入端以某种激励信号,通过检测其输出响应来判断其内部电路是否存在故障,测试原理如图2.1所示。测试的核心问题是施加怎样的测试信号才能判断该系统是否存在故障。这是自动测试模式生成(ATPG, A

38、utomatic Test Pattern Generation所要解决的问题。对于只判断故障存在性的测试系统来说评价测试模式好坏的标准主要是测试模式的集合的大小。显然,在能够检测出故障的情况下,测试模式集合越小越好。关于测试模式集合的生成问题将在第三章中进行研究。 图2.1测试原理图2.2.3测试方法对于一个有n个输入的电路系统来说,若采用穷举法进行全面功能测试,需要输入n个测试码,随着输入端子数量的增多,测试模式呈几何级数增长,当时,穷举2n20华中科技大学硕士学位论文测试的时间代价是不能容忍的,显然这种测试方法显然是不可取的。如果能够将该系统划分为若干子系统,分别对子系统进行测试,然后合

39、并所有子系统的测试结果,这样就可以使得问题变得简单许多。NeBat 和McCluskey 在文献16中提出过类似的思想。 汽车BCM 通常可以划分为若干功能模块,各模块实现不同的控制功能。假设某汽车BCM 按功能划分为k 个功能模块,则采用穷举法进行测试所有功能所需的测试码S 为:12i km i S =其中,第i 个功能模块的输入端数量。i m 例如,一个有20个输入端的汽车BCM ,若使用全部输入端进行穷举,需要个测试码,若将该系统划分为10个功能模块,假设每个功能模块用到的输入端分别为2,3,2,3,3,2,2,1,2,3个。则所需要的测试码只需要个。由此可见,采用模块化测试方法可以大大

40、减少测试码的数量,缩短测试时间。2021048576=235242254+=2.2.4 测试系统设计目标汽车BCM 根据其电路结构可以划分为四个层次:系统级、功能模块级、子电路级和元器件级。汽车BCM 的功能测试是不考虑故障定位的,因此只需在系统级和功能模块级完成。该测试系统的设计目标包括以下几方面:z 自动化程度高。该系统要能够实现自动测试,并判断汽车BCM 是否存在故障; z 具有较强的通用性。在硬件方面,其接口要能够适用多种汽车的BCM ;在软件方面,其自动测试软件要能够适用多种汽车BCM 不同功能的测试任务; z 具有数据显示、记录等功能。一方面,测试人员在测试汽车BCM 时可以实时查

41、看检测状态,判断BCM 是否存在故障;另一方面,对于测试的数据能够查看,并能够对数据进行统计、分析和报表打印。2.3 测试系统总体方案设计总体设计最关键的是要考虑测试系统的通用性。不同的汽车有不同的BCM ,其输入输出端口数量不尽相同,其功能也各不相同。出于测试系统通用性方面的考虑,在设计汽车BCM 自动测试系统时,首先要对这一类型被测系统进行分析,抽象出这一类型被测系统的共性,提炼出测试模型,这是关键性的一步。汽车BCM 的通用性有硬件方面和软件方面的要求。在硬件方面,通常要考虑测试华中科技大学硕士学位论文系统的结构形式,传感器的种类,模拟负载的实现,数据的采集方式,数据采集卡的输入输出点数

42、等;在软件方面,通常要考虑操作系统的选择,测试软件的选用,自动测试程序集的生成算法,各种数据结构等。为了实现测试系统的通用性,采用虚拟仪器技术是比较好的解决方案。在硬件方面,采用以工控机为核心的硬件系统,在软件方面,采用NI 公司的LabWindows/CVI 虚拟仪器软件进行测试仪器的软件开发。采用这种方案,可以充分利用计算机资源,实现测试系统的灵活性。2.3.1 需求分析这是自动测试系统设计的重要环节。首先了解用户的测试要求,包括分析被测系统的结构形式(电量还是非电量,数字量还是模拟量,性能指标(测量精度和速度等要求,激励信号的形式,测试系统的其它功能,如测试过程显示、数据报表生成等。 对

43、于汽车BCM 来说,被测系统可以看作是数字电路集成系统。对该系统的测试主要是功能测试,有两方面的内容:一是逻辑功能测试,再就是电参量测试。汽车BCM 的测试内容及其信号特征如表2.1所示。表2.1 汽车BCM 的测试内容及其信号特征 测试类别功能名称 信号特征 中央控制门锁控制功能 开关量 车窗控制功能 开关量 雨刮器控制功能 开关量 车内灯控制功能 开关量 转向灯控制功能 开关量 安全气囊控制功能 数字量/开关量 逻辑功能测试防盗报警控制功能 数字量/开关量 玻璃升降器电机堵转电流检测模拟量 转向灯电流检测 模拟量 顶灯电流检测 模拟量 电参量测试报警喇叭电流检测 模拟量根据上述对测试内容的

44、描述,该测试系统需要有数字量输入输出和模拟量输入输出的数据采集模块进行开关量、数字量以及模拟量信号的产生与采集。自动测试系统的通用性就是能够满足多种汽车BCM 的测试需要。对数据采集模块华中科技大学硕士学位论文来说,就是要有能够满足测试需要的各种性能参数,如:数字量输入输出的通道数量、电压范围、数据采集速度等;模拟量输入输出的通道数量、精度、分辨率、响应频率等。 另外,测试系统的一些功能,如测试过程显示、数据记录、报表打印等功能可以通过测试软件的开发来实现。因此,该自动测试系统还要选择一种合适的软件开发平台。2.3.2 总体结构汽车BCM 自动测试系统的总体结构如图2.2所示。工控机主要完成测

45、试系统各种指令的发送、接收,是该测试系统的控制核心;数据采集卡完成数字量和模拟量信号的输入输出功能;通讯模块完成工控机与被测系统之间的通讯功能;模拟负载实现对实际车载环境的模拟。自动测试系统的应用程序是由测试软件完成的,一方面,测试软件通过高级语言的程序编写,控制工控机发出和接收各种指令,完成自动测试、数据采集、数据处理等功能;另一方面,测试软件通过控件编程来实现各种输入输出信号的显示,对测试系统进行监控。 R S 通讯数据缆图2.2 测试系统总体结构2.3.3 硬件系统选型 按照2.3.2节提出的测试系统总体结构,考虑到通用性、灵活性和可靠性等要求,采用工控机、数据采集卡、通讯模块和模拟负载

46、组成测试系统硬件平台。硬件系统主要进行工控机和数据采集卡的选型。通讯模块的设计和模拟负载的实现将在第四章中介绍。1. 工控机选型工控机是整个测试系统的核心。一方面,它是整个测试系统软件系统包括测试系统的开发软件和数据采集卡的驱动程序的载体,另一方面,它又是其它硬件设备如数据采集卡、通讯设备等外围接口设备的载体。对于工控机的选择,本着可靠、够用的原则。根据本测试系统的要求,并考虑数据采集卡的接口数量,选用了台湾研华(Advantech 华中科技大学硕士学位论文公司的工控机,如图2.3所示,其主要配置为:研华IPC - 610P4 型工控机机箱; PCA-6006LV型全长CPU卡; PCA-61

47、14P4-C型无源底板(可提供8个ISA和4个PCI插槽。该套工控机系统具有较强的扩充性以及较高的可靠性和抗干扰能力,完全满足该测试系统的开发需要。 图2.3研华IPC-610P4工控机实物图2. 数据采集卡的选用汽车BCM自动测试系统的设计需要考虑的一个重要方面就是其通用性问题。不同的轿车配备有不同的BCM系统,其功能不尽相同,其输入输出端接口数量、接口类型都不同。该自动测试系统要能够对多种汽车BCM进行测试,需要有充分的数据采集端口。综合考虑汽车BCM各类测试项目需要,选用了研华公司以下三块数据采集卡:研华公司的PCI-1713数据采集卡一块,具有32路单端/16路差分模拟量输入通道,12

48、位分辨率,100kS/s采样速率等功能,如图2.4 a所示;研华公司的PCI-1720数据采集卡一块,具有4路隔离模拟量输出,12位分辨率等功能,如图2.4 b所示;研华公司的PCI-1756数据采集卡一块,具有带光隔的32路数字量输入与32路数字量输出功能,如图2.4 c所示。华中科技大学硕士学位论文 图2.4数据采集卡实物图这三块数据采集卡配合使用,完全可以满足一般汽车车身控制器测试系统数据采集任务的需要。2.3.4编程软件选用开发测试系统可以使用的软件很多。常用开发软件主要有Visual C+、Visual Basic、Borland C+、Delphi、LabWindows/CVI、L

49、abVIEW和HPVEE等。每种软件都有各自的特点,其中Visual C+、Visual Basic、Borland C+是面对对象程序设计软件,它们编程灵活,使用范围广泛,是一种通用程序开发设计软件。LabVIEW和HPVEE是图形化编程语言,如需要快速组建测试系统,对系统的测试速度要求不是很高的情况下,可以选择这两种编程环境。LabWindows/CVI是美国NI公司开发的一种用C语言编程的软件开发环境,它包含一个交互式的开发环境和用于数据采集和仪器控制应用的函数库,还包含一个面向数据采集、数据分析的软件工具集。LabWindows/CVI开发平台具有如下优点35: z为数据采集提供了7个

50、函数库:仪器库、GPIB/GPIB488.2库、数据采集库、Easy I/O for DAQ库、RS-232库、VISA库和VXI库;z为数据分析提供了3个函数库:格式化与I/O库、分析库和高级分析库;z为数据表示提供了用户界面库;z为网络和进程通讯提供了4个函数库:动态数据交换(DDE, Dynamic Data Exchange库、传输控制协议(TCP, Transmission Control Protocol库、DataSocket库和ActiveX库。使用LabWindows/CVI可以完成如下工作:z交互式程序开发;z利用强大的函数库来创建数据采集和仪器控制的应用程序;z充分利用软

51、件工具进行数据采集、分析和显示;z利用向导开发IVI仪器驱动程序和创建ActiveX服务器;华中科技大学硕士学位论文z为其他程序开发目标模块、动态链接库和C语言库。LabWindows/CVI开发环境主要有4种文件,使用这4种文件可以完成虚拟仪器应用软件的设计。设计完成的虚拟仪器组成框图如图2.5所示。 图2.5用LabWindows/CVI设计的虚拟仪器软件组成框图LabWindows/CVI开发环境有如下窗口:z工作空间窗口(Workspace window。这一窗口在LabWindows/CVI启动后就出现。编程人员可以在该窗口中打开、编辑、运行和保存应用程序文件。z用户界面编辑窗口(U

52、ser Interface Editor window。在这一窗口中,编程人员可以根据实际需要在窗口中添加下拉菜单、对话框、各种控件、图片等。z源代码窗口(Source window。在这一窗口中,编程人员可以添加代码,并运行和调试程序。z函数面板窗口(Function Panel window。在这一窗口中,编程人员可以很方便地从库函数中选择所需的函数,填入参数后就可将该函数插入到源代码中。总而言之,使用LabWindows/CVI作为自动测试程序开发软件,编程人员可以轻松地建立复杂的交互式面板和添加程序代码。在编程过程中,源代码的编辑、调试和运行都十分方便,在程序开发完毕后,该软件还可以自

53、动生成安装文件,完全满足汽车BCM 自动测试程序的开发任务。 2.4本章小结本章主要进行了汽车BCM测试系统的总体设计。首先,概述了该测试系统的类型,说明了该系统的测试原理和测试方法,并提出了该测试系统的设计目标。然后对被测系统进行分析,提出了该自动测试系统总体结构形式,并根据测试任务需要对测试系统的硬件平台的关键设备,如工控机、数据采集卡进行选型。另外,根据测试任务需要选择 了LabWindows/CVI作为系统开发软件。华中科技大学硕士学位论文3被测系统建模与算法设计3.1引言数字电路系统的测试方法国内外许多研究机构和学者已经展开过深入的研究。在所有的研究中研究得比较深入的是一种基于故障模

54、型的测试理论。Galey、Norby和Roth 在1961年首次提出固定型故障模型17。Roth在1966年提出了奠定测试生成理论的D 算法18。其基本思想是找到某一测试矢量,使得在故障点处的逻辑值在电路正常与故障情况下不同,且这个测试矢量能使这个逻辑值顺利地传输到输出端。后来人们对D算法不断改进,提出了PODEM算法19,20和FAN算法21,22,23,使得测试生成算法逐渐成熟。汽车BCM虽然是一种典型的数字电路集成系统,但由于其各种控制功能并非完全通过硬件电路实现,无法建立其故障模型。由于已知的只是汽车BCM的各种控制功能,对其功能的测试只能建立在故障判断的基础上,因此,汽车BCM的测试

55、模型是一种基于故障判断的模型。本章主要内容是建立被测系统的测试模型,并设计测试代码的自动生成算法。3.2被测系统模型的建立3.2.1被测系统分析汽车BCM的控制功能主要是逻辑控制功能。该功能主要由其内部的ETACS来控制。因此,汽车BCM内部电路可以看成是组合电路与时序电路的混合结构形式。由于内部存在控制芯片,其控制功能往往不能用简单的组合电路或时序电路的分析方法来进行分析。唯一的方法只能根据其控制功能,判断在特定输入激励下的输出响应是否符合功能定义,这种方法是一种功能验证的方法。汽车BCM的输入输出端口一般有十几到二十几个,汽车BCM的各种功能并不是用到每一个端口。一般情况下,汽车BCM的某

56、种控制功能只用到14个输入端和12个输出端。因此,其控制功能一般是一种MISO(Multiple Input Single Output结构或是MIDO(Multiple Input Double Output结构形式。如果是MIDO的结构形式,我们可以将其转化为两个MISO的结构形式。这样,一个MIMO结构形式的被测系统就可以华中科技大学硕士学位论文 转化为若干个MISO 结构形式,如图3.1所示。 .+I 1.I 2I n O 1O 2.O m I 11I 12O 11I 21I 22I 23O 21I k1I k2I k3O k1图3.1 被测系统MIMO 结构向MISO 结构的转化需要

57、说明的是,由于控制功能的需要,被化简的输入信号可能存在重复使用,即:111n k x ii j l jl I I = (3.1其中,n 为被测系统输入端数量,k 为经过功能划分后的MISO 功能块数量,x 为每一个MISO 功能块的输入信号数量,一般为14个。3.2.2 基本概念在进行被测系统建模之前,先介绍几个概念。状态(S :任意时刻,被测系统输入和输出信号的存在形式。状态通常分为稳态和非稳态两种。对于组合电路,在任意输入下,电路均为稳态;对于时序电路,电路存在非稳态情况。对于逻辑电平信号,高电平状态为“1”,低电平状态为“0”;对于脉冲信号,有脉冲状态为“P ”,无脉冲状态为“N ”。现态(CS :被测系统当前所处的状态。前态(FS :被测系统处于某种状态之前存在的状态。次态(NS :被测系统处于某种状态之后存在的状态。状态转移(T :当被测系统输入信号发生变化后,被测系统由某一状态转变成另一状态。对于时序电路来说,系统的状态转移是指稳态的转移。被测系统处于某一状态,可以用其输入和输出信号来表示,如图3.2所示。其