基于CAN總線的汽車測試解決方案

基于PXI+TestStand測試平臺(tái)是NI公司提供的、基于CAN總線汽車測試的解決方案，它能幫助中國測試工程師提高汽車測試的效率，降低測試系統(tǒng)的成本，并能應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的汽車測試需求，本文以汽車收音機(jī)生產(chǎn)線的多點(diǎn)測試為案例說明這種嶄新的測試?yán)砟詈徒鉀Q方案。

圖1：基于PXI+TestStand平臺(tái)的測試系統(tǒng)

隨著中國汽車市場的快速發(fā)展和汽車電子的價(jià)值含量迅速提高，針對(duì)汽車電子的測試技術(shù)也變的日益復(fù)雜，在全球化的汽車設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的趨勢下，中國本地的工程師越來越感覺到汽車電子測試所面臨的種種困難，其中主要包括： 


無法滿足產(chǎn)品線不斷更新的需求，并希望減少產(chǎn)品投放市場的周期。 

(1)汽車電子產(chǎn)品的日益更新，要求測試系統(tǒng)以最快的速度滿足新的需求。而目前國外引進(jìn)的專用測試系統(tǒng)往往升級(jí)周期較長，無法滿足本地瞬息萬變的產(chǎn)品測試需求。 


(2)專業(yè)汽車電子廠商往往生產(chǎn)多個(gè)不同型號(hào)的同類產(chǎn)品，并根據(jù)訂單、物流的條件，其生產(chǎn)計(jì)劃經(jīng)常發(fā)生變化。如果不同型號(hào)的產(chǎn)品都采用不同的測試設(shè)備，將會(huì)導(dǎo)致測試設(shè)備重復(fù)利用率過低，大大降低投資效率。 


目前汽車電子測試缺乏通用儀器的解決方案，如汽車音響及儀表盤的測試往往需要專門定制的儀器，而且這些儀器價(jià)格非常昂貴。 


本地的售后服務(wù)和及時(shí)的故障響應(yīng)。測試生產(chǎn)線上一切以生產(chǎn)線的持續(xù)運(yùn)行為最高目標(biāo)，當(dāng)中國工程師不能掌握全面的故障診斷和維修技術(shù)時(shí)，就只能向國外的工程師求助，這樣容易導(dǎo)致響應(yīng)速度慢，且代價(jià)昂貴。 


復(fù)雜的汽車測試系統(tǒng)常常需要多種測量和控制任務(wù)的協(xié)同工作，一個(gè)用于集成的軟硬件同步平臺(tái)就顯得尤為的重要。 

支持CAN協(xié)議的柔性測試設(shè)備 

20世紀(jì)80年代Bosch公司為解決汽車系統(tǒng)中各個(gè)電子單元之間的通信問題開發(fā)了CAN總線標(biāo)準(zhǔn)。這種串行總線用2根或1根電線把汽車?yán)锏母鱾€(gè)電子設(shè)備連接起來，相互可以傳遞信息。采用CAN總線避免了電子模塊間大量繁復(fù)的連線，比如儀表板上車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油量和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的指示就不需要連接不同的線纜到對(duì)應(yīng)的傳感器，而只需要接入CAN總線，就可以從總線上獲取相應(yīng)信息。CAN的卓越表現(xiàn)使汽車制造商們紛紛開發(fā)并使用基于CAN和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的測試系統(tǒng)。國際標(biāo)準(zhǔn)組織將CAN總線接納為ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)。NI公司在其標(biāo)準(zhǔn)虛擬儀器測試平臺(tái)上推出CAN控制器系列，支持多種CAN總線的協(xié)議，其中包括高速CAN、低速容錯(cuò)CAN和單線CAN。尤其是新推出的PXI-8464軟件可選類型的CAN控制器，可以讓你不用更改硬件連接，就適應(yīng)各種CAN通信協(xié)議，同時(shí)既可以作為總線控制器，又可以作總線通信分析儀，使得測試設(shè)備可以在最大程度上適應(yīng)柔性生產(chǎn)。 


PXI+TestStand汽車測試平臺(tái) 


在基于CAN總線的汽車電子測量領(lǐng)域，最為成功的測試平臺(tái)當(dāng)屬基于PXI總線和TestStand軟件的虛擬儀器平臺(tái)。 


PXI作為一個(gè)符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測試平臺(tái)，它是建立在高速的CompactPCI總線基礎(chǔ)之上，并加入了類似VXI所具有的定時(shí)、觸發(fā)和同步功能。為了便于集成，PXI采用了開放的軟件標(biāo)準(zhǔn)，其中包括通用的操作系統(tǒng)，即插即用的驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。基于PXI的各種模塊化儀器不僅具有標(biāo)準(zhǔn)化的硬件外形和接口，即插即用的安裝方式，而且支持更高級(jí)別、更高兼容性的軟件協(xié)議，比如可互換虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)(IVI)和虛擬儀器軟件構(gòu)架標(biāo)準(zhǔn)(VISA)等等。這樣使得任何測試都可以標(biāo)準(zhǔn)化為相同的層次結(jié)構(gòu)模式。 


被測單元的物理信號(hào)經(jīng)過傳感器和信號(hào)調(diào)理接入測試測量硬件，這些模塊化儀器都插在PXI機(jī)箱內(nèi)和PXI總線接口相連。驅(qū)動(dòng)程序通過PXI底層通信和模塊化儀器交換測控?cái)?shù)據(jù)。測控軟件包通過驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)通用的數(shù)據(jù)采集、儀器和被測單元控制。信號(hào)處理軟件包調(diào)用信號(hào)處理工具，實(shí)現(xiàn)通用信號(hào)分析功能。測試測量模塊調(diào)用測控軟件包和信號(hào)處理軟件包，實(shí)現(xiàn)和具體被測單元相關(guān)的測試測量。這些測試測量模塊構(gòu)成整個(gè)檢測的單項(xiàng)步驟，被測試軟件平臺(tái)調(diào)用。NI公司的TestStand軟件是一個(gè)國際廣泛應(yīng)用的測試管理軟件。它提供了每項(xiàng)測試所共有的內(nèi)容，比如測試流程管理、結(jié)果存檔和報(bào)表、用戶權(quán)限管理、操作工界面等等。以這個(gè)軟件為平臺(tái)，向下可以調(diào)用各個(gè)測試模塊形成標(biāo)準(zhǔn)的測試流程，向上可以把數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫，從而和硬件系統(tǒng)一起構(gòu)成完整的測試測量系統(tǒng)(圖1)。 


成功案例 


上海聚星儀器有限公司作為NI中國授權(quán)的系統(tǒng)聯(lián)盟商，是國內(nèi)將PXI+TestStand平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用在基于CAN總線的汽車系統(tǒng)測試的倡導(dǎo)者之一，已為數(shù)家國際知名汽車電子生產(chǎn)廠提供了數(shù)十套基于該技術(shù)的測試系統(tǒng)。例如聚星公司開發(fā)的基于CAN總線的汽車音響測試系統(tǒng)，用于全自動(dòng)汽車收音機(jī)流水線的測試，每條自動(dòng)流水線配備了6個(gè)PXI測試站，對(duì)音響不同組裝階段中的不同的功能進(jìn)行自動(dòng)測試。當(dāng)該流水線又承接了另一個(gè)全新的汽車收音機(jī)的項(xiàng)目，并要求根據(jù)訂單調(diào)配該流水線的生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，由于采用了PXI+TestStand的平臺(tái)技術(shù)，流水線改造無需購買新的測試儀器，只需修改相應(yīng)的軟件程序既可快速投入新產(chǎn)品的測試中。這家廠商對(duì)新收音機(jī)的測試系統(tǒng)改造只花了1個(gè)多月的時(shí)間，而如果從國外系統(tǒng)集成公司進(jìn)口測試儀器至少需要4-6個(gè)月的時(shí)間。提前3個(gè)月推出新產(chǎn)品不僅意味著提前盈利，更在很大程度上搶先占領(lǐng)了市場份額。 


圖2顯示了一個(gè)典型的基于PXI+TestStand的收音機(jī)測試系統(tǒng)。其中1為采用Pentinum M的PXI-8196嵌入式控制器，控制器上提供了串口、并口、以太網(wǎng)口、USB和GPIB等接口，并且所有的軟件都在它上面運(yùn)行；2為PXI-8664 CAN控制器，與收音機(jī)的CAN總線連接；3為PXI-4472動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡，配合聚星的音頻分析軟件實(shí)現(xiàn)音頻分析儀的功能，它同時(shí)和收音機(jī)的喇叭輸出連接，8個(gè)輸入通道可以和4聲道平衡輸出匹配；4為PXI-5671射頻信號(hào)發(fā)生器，配合聚星的射頻軟件實(shí)現(xiàn)立體聲無線電信號(hào)源的功能，它和收音機(jī)的天線輸入連接；5為PXI-2565高性能繼電器，負(fù)責(zé)電源開關(guān)和其他開關(guān)切換，它的接觸電阻僅30毫歐姆，單路可承載5安培的電流；6為PXI-4070數(shù)字萬用表模塊，它和電源以及繼電器連接，測量電流和電壓，提供6位半的精度。以上是PXI+TestStand檢測平臺(tái)的一個(gè)典型應(yīng)用。被測件-收音機(jī)的CAN、音頻、射頻和電源是物理的測控對(duì)象，它們和各自的模塊化儀器連接。模塊化儀器都和PXI總線連接，交換測控?cái)?shù)據(jù)和指令。所有的模塊化儀器都有相應(yīng)的軟件控制，形成功能獨(dú)立且可相互集成的測試軟件模塊。這些測試軟件模塊再由測試管理軟件TestStand有機(jī)地構(gòu)建成統(tǒng)一的測試流程。 

圖2：收音機(jī)測試連接示意圖

PXI+TestStand平臺(tái)的優(yōu)勢

對(duì)于客戶而言，這種基于PXI+TestStand軟硬件平臺(tái)的測試系統(tǒng)具有集成度高、可靠性好、升級(jí)維護(hù)方便、開放徹底的優(yōu)點(diǎn)。 


首先，您可以使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)3U的PXI機(jī)箱插上各種模塊來替代原來塞滿整個(gè)機(jī)柜的多個(gè)傳統(tǒng)儀器；對(duì)于基于CAN總線的被測單元，又往往需要多種測試模塊協(xié)同工作對(duì)被測單元的各種性能進(jìn)行測試。比如一個(gè)汽車儀表板的功能測試就需要CAN控制器、模擬電壓和電流采集、指示燈的開關(guān)控制、夜間照明的PWM采集、LED的視頻檢測等，而所有這些檢測儀器都可以集成在一個(gè)PXI機(jī)箱里。這樣在減小設(shè)備體積和占地的同時(shí)，又大大簡化了檢測設(shè)備的復(fù)雜度和連線的復(fù)雜度，從而提高了設(shè)備的可靠性。 

其次，由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，使得設(shè)備的檢修和升級(jí)被大大的簡化。比如一個(gè)工廠想更換現(xiàn)有的示波器或升級(jí)到PXI的示波器時(shí)，由于PXI的示波器和這些傳統(tǒng)示波器一樣都支持GPIB和IVI的標(biāo)準(zhǔn)，您只須在IVI驅(qū)動(dòng)程序中配置相應(yīng)的系統(tǒng)資源名稱，不需要更改任何的測試代碼，就可以輕松的完成替換和升級(jí)。這樣你可以在節(jié)約投資的同時(shí)大大減少維護(hù)和升級(jí)的代價(jià)，尤其是減少生產(chǎn)線的中斷時(shí)間。此外，從軟件角度講，由于所有的測試都采用相同的TestStand平臺(tái)軟件，當(dāng)由于生產(chǎn)工藝變化或被測產(chǎn)品升級(jí)需要更改測試的流程或設(shè)置時(shí)，生產(chǎn)維護(hù)工程師只需要掌握一種軟件TestStand，即可以輕松維護(hù)所有的檢測站。 


最后，對(duì)中國工程師可能也是最重要的，就是一個(gè)徹底開放的測試系統(tǒng)。它需要向測試工程師開放全部的測控信息，使得工程師有機(jī)會(huì)掌握自動(dòng)測試測量的核心技術(shù)。這樣的測試系統(tǒng)構(gòu)架將數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析、測試流程和數(shù)據(jù)管理分層次地開放，使得工程師可以輕松地獲取原始信號(hào)、調(diào)整分析方法和預(yù)處理參數(shù)、優(yōu)化測試流程和定義數(shù)據(jù)報(bào)告結(jié)構(gòu)格式等。比如在基于CAN總線的測試中，您可以用另一塊CAN控制卡監(jiān)視被測單元和外界的通信時(shí)序，分析總線邏輯是否符合規(guī)范。又比如您可以獲取有問題的汽車音響的音頻輸出，作詳細(xì)的事后分析，找出問題所在。曾經(jīng)有一款汽車收音機(jī)的信噪比較低，用標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法無法診斷問題的原因。測試工程師對(duì)信噪比測試程序稍作修改后，將原始音頻記錄下來，再用FFT函數(shù)作頻譜分析，發(fā)現(xiàn)在超過20kHz的某個(gè)頻率有異常的峰值，改進(jìn)設(shè)計(jì)后立刻就排除了故障。