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作者:
沙 文瀚 -
劉 琳 -
一、引言
隨sui著zhe汽qi車che電dian子zi化hua快kuai速su發fa展zhan，汽qi車che電dian子zi產chan品pin的de可ke靠kao性xing驗yan證zheng成cheng了le重zhong要yao的de課ke題ti被bei一yi再zai的de優you化hua和he推tui進jin，電dian子zi產chan品pin的de測ce試shi平ping台tai也ye成cheng了le加jia速su電dian子zi產chan品pin研yan發fa進jin度du的de重zhong要yao工gong具ju和he載zai體ti。本ben文wen通tong過guo搭da建jian測ce試shi平ping台tai，針zhen對dui不bu同tong的de車che載zai電dian子zi模mo塊kuai進jin行xing測ce試shi，提ti高gao車che載zai電dian子zi產chan品pin的de開kai發fa進jin度du。
二、背景
傳統的測試儀器是采用單片機作為控製電路，以 LED 作為指示燈，以各種按鈕作為開關量輸入的形式，以汽車車身電子控製係統為例，該係統主要包括：燈光控製、電動車窗控製、中央門鎖控製、防盜報警控製、安全氣囊控製、雨刮器控製等，並擁有CAN總線及診斷功能。
rutuyisuoshi，qichecheshendianzikongzhixitongxuyaojinxinggongnengceshiyibaozhengchanpinzhiliang，ceshirenyuanxuyaoanzhaomokuaidegezhonggongnengtongguoshoudongfangshiyibuyibujinxingceshi，ceshixiaolvdi，kekaoxingcha。
圖一 傳統汽車電子產品測試儀
三、趨勢
自動測試係統（ATS, Automatic Test System）是(shi)指(zhi)以(yi)計(ji)算(suan)機(ji)為(wei)控(kong)製(zhi)核(he)心(xin)，在(zai)程(cheng)序(xu)控(kong)製(zhi)下(xia)完(wan)成(cheng)某(mou)種(zhong)測(ce)試(shi)任(ren)務(wu)而(er)組(zu)合(he)起(qi)來(lai)的(de)測(ce)試(shi)儀(yi)器(qi)和(he)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)的(de)有(you)機(ji)整(zheng)體(ti)的(de)總(zong)稱(cheng)。目(mu)前(qian)的(de)第(di)三(san)代(dai)自(zi)動(dong)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)是(shi)以(yi)虛(xu)擬(ni)儀(yi)器(qi)技(ji)術(shu)的(de)出(chu)現(xian)為(wei)標(biao)誌(zhi)。20 世紀 80 年代 NI 公(gong)司(si)首(shou)先(xian)提(ti)出(chu)這(zhe)一(yi)概(gai)念(nian)。虛(xu)擬(ni)儀(yi)器(qi)技(ji)術(shu)的(de)出(chu)現(xian)使(shi)得(de)軟(ruan)件(jian)在(zai)整(zheng)個(ge)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)成(cheng)為(wei)重(zhong)點(dian)，虛(xu)擬(ni)儀(yi)器(qi)技(ji)術(shu)在(zai)自(zi)動(dong)測(ce)試(shi)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)使(shi)得(de)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)的(de)通(tong)用(yong)性(xing)問(wen)題(ti)得(de)以(yi)解(jie)決(jue)。
虛擬儀器通常由硬件設備與應用軟件兩大部分構成，其結構體係框圖如圖二所示：
圖二 基於虛擬儀器的結構體係
四、構成及特點
- 虛擬儀器基本由三大部分構成，每部分在其中都起到必不可少的作用，互相關聯、互相支持，組成一個完整的係統：
1.1 模塊化的I/O 硬件：分fen析xi測ce試shi係xi統tong的de要yao求qiu和he係xi統tong的de功gong能neng，根gen據ju係xi統tong功gong能neng的de要yao求qiu，在zai軟ruan件jian和he硬ying件jian之zhi間jian進jin行xing優you化hua選xuan擇ze，從cong而er確que定ding儀yi器qi所suo必bi需xu的de硬ying件jian模mo塊kuai，以yi便bian用yong最zui少shao的de模mo塊kuai實shi現xian儀yi器qi的de最zui佳jia功gong能neng。根gen據ju應ying用yong情qing況kuang與yu實shi際ji的de條tiao件jian，選xuan擇ze基ji於yu計ji算suan機ji的de虛xu擬ni儀yi器qi的de儀yi器qi模mo塊kuai以yi及ji傳chuan感gan器qi、信號調理電路、DAQ 數據采集、信號源等模塊；
1.2 高效的軟件：硬(ying)件(jian)確(que)定(ding)以(yi)後(hou)，主(zhu)要(yao)確(que)定(ding)軟(ruan)件(jian)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)，哪(na)些(xie)儀(yi)器(qi)功(gong)能(neng)由(you)軟(ruan)件(jian)實(shi)現(xian)，將(jiang)軟(ruan)件(jian)功(gong)能(neng)劃(hua)分(fen)為(wei)相(xiang)對(dui)獨(du)立(li)的(de)模(mo)塊(kuai)。然(ran)後(hou)選(xuan)擇(ze)易(yi)於(yu)編(bian)寫(xie)的(de)圖(tu)形(xing)化(hua)的(de)軟(ruan)件(jian)平(ping)台(tai)。LabVIEW 平台是一種圖形化編程環境，提供了虛擬儀器的控件、豐富的數據處理分析函數、儀器驅動程序及數據庫工具軟件包，LabVIEW 提供的SQL、DataSocket 軟件都是容易建立網絡化測試環境的軟件包。采用LabVIEW 編寫虛擬儀器軟件簡化了程序設計，提高了效率。我們利用LabVIEW 和NI 的數據采集卡實現了數據采集、虛擬示波器、虛擬信號發生器；
1.3 用於集成的軟硬件平台：NI 首先提出的專為測試任務設計的PXI 硬件平台，已經成為當今測試、測量和自動化應用的標準平台，它的開放式構架、靈活性和PC 技術的成本優勢為測量和自動化行業帶來了一場翻天覆地的改革。PXI 作為一種專為工業數據采集與自動化應用度身定製的模塊化儀器平台，內建有高端的定時和觸發總線，再配以各類模塊化的I/O 硬件和相應的測試測量開發軟件，就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。
2. 係統特點如下：
2.1 電壓可調：可自動進行9~16V電壓輸出遍曆測試，高、低電壓模擬（0~30V）測試及發動機啟動電壓模擬測試；
2.2 可進行手動、自動功能測試。可通過手工操作按鍵模擬各種開關和變量進行測試；也可通過計算機控製各采集卡模擬各種開關和變量進行自動測試，不需人為幹預；
2.3 加載模擬負載、實際負載進行測試；一般狀態下為加載模擬負載進行測試，並可模擬大電流、過壓保護測試等；也可通過變更接線加載實車負載進行測試；
2.4 每一個子功能測試項均可在各點火狀態（OFF、ACC、ON、START）下進行測試，增加遍曆性，減少測試盲點；
2.5 測試過程中，可通過CAN與被測模塊進行通訊，檢測對被測模塊的診斷、刷新數據（Boot loader）等功能；
2.6 進行測試數據記錄、處理、存儲並自動生成測試報表，包括測試電壓、時間、各測試項測試狀態、故障狀態等；
五、測試平台總體設計
係統目的及目標：
在項目不同階段需要進行不同眾多的測試內容，針對不同的測試目的，采取不同的測試、觀察、 記(ji)錄(lu)方(fang)法(fa)，如(ru)果(guo)針(zhen)對(dui)每(mei)種(zhong)情(qing)況(kuang)編(bian)寫(xie)一(yi)個(ge)獨(du)立(li)的(de)測(ce)試(shi)程(cheng)序(xu)，則(ze)提(ti)高(gao)程(cheng)序(xu)代(dai)碼(ma)量(liang)，降(jiang)低(di)程(cheng)序(xu)的(de)通(tong)用(yong)性(xing)，移(yi)植(zhi)性(xing)，更(geng)不(bu)方(fang)便(bian)整(zheng)個(ge)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)的(de)管(guan)理(li)與(yu)測(ce)試(shi)用(yong)戶(hu)選(xuan)擇(ze)應(ying)用(yong)，不(bu)利(li)於(yu)提(ti)高(gao)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)。為(wei)了(le)滿(man)足(zu)更(geng)多(duo)的(de)要(yao)求(qiu)，更(geng)方(fang)便(bian)的(de)應(ying)用(yong)，更(geng)人(ren)性(xing)化(hua)的(de)人(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)界(jie)麵(mian)，建(jian)立(li)此(ci)係(xi)統(tong)測(ce)試(shi)平(ping)台(tai)。係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)圖(tu)，如(ru)圖(tu)三(san)所(suo)示(shi)。
圖三 係統結構圖
六、測試界麵及方法
測試配置：通過相應的配置界麵，進行測試模式、測試層麵和測試單元的配置選擇；圖四、圖五為測試配置圖。
圖四 測試配置圖
圖五 測試配置圖
手動測試：根據圖形界麵完全采取人工控製的方法輸入數據。可以針對特定的輸入輸出反複測試，觀察分析特定的測試結果，方便發現細節問題；但(dan)是(shi)時(shi)間(jian)難(nan)以(yi)控(kong)製(zhi)，對(dui)有(you)精(jing)確(que)時(shi)序(xu)要(yao)求(qiu)的(de)測(ce)試(shi)基(ji)本(ben)無(wu)能(neng)為(wei)力(li)，結(jie)果(guo)完(wan)全(quan)靠(kao)人(ren)工(gong)自(zi)己(ji)判(pan)斷(duan)是(shi)否(fou)符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)，而(er)且(qie)測(ce)試(shi)速(su)度(du)慢(man)，工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)低(di)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)基(ji)本(ben)用(yong)於(yu)測(ce)試(shi)早(zao)期(qi)，針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)要(yao)求(qiu)的(de)測(ce)試(shi)，或(huo)者(zhe)在(zai)自(zi)動(dong)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)現(xian)的(de)問(wen)題(ti)，而(er)不(bu)方(fang)便(bian)觀(guan)察(cha)分(fen)析(xi)的(de)情(qing)況(kuang)。
半自動測試：指由測試程序讀取一定格式的文件、數(shu)據(ju)庫(ku)等(deng)測(ce)試(shi)輸(shu)入(ru)數(shu)據(ju)的(de)方(fang)式(shi)自(zi)動(dong)讀(du)取(qu)測(ce)試(shi)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)，通(tong)過(guo)界(jie)麵(mian)顯(xian)示(shi)一(yi)些(xie)過(guo)程(cheng)中(zhong)信(xin)號(hao)的(de)變(bian)化(hua)情(qing)況(kuang)，與(yu)結(jie)果(guo)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)，並(bing)將(jiang)結(jie)果(guo)存(cun)放(fang)在(zai)特(te)定(ding)的(de)文(wen)件(jian)或(huo)數(shu)據(ju)庫(ku)中(zhong)，以(yi)便(bian)觀(guan)察(cha)分(fen)析(xi)。此(ci)種(zhong)方(fang)法(fa)在(zai)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)基(ji)本(ben)不(bu)需(xu)要(yao)人(ren)為(wei)幹(gan)預(yu)，測(ce)試(shi)的(de)激(ji)勵(li)信(xin)號(hao)由(you)程(cheng)序(xu)自(zi)動(dong)產(chan)生(sheng)，但(dan)是(shi)不(bu)能(neng)判(pan)斷(duan)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)的(de)正(zheng)確(que)性(xing)，隻(zhi)是(shi)記(ji)錄(lu)下(xia)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)的(de)詳(xiang)細(xi)數(shu)據(ju)，需(xu)要(yao)用(yong)戶(hu)對(dui)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)判(pan)別(bie)，所(suo)以(yi)稱(cheng)之(zhi)為(wei)半(ban)自(zi)動(dong)測(ce)試(shi)。
全自動測試：係統中測試的最高階段，整個測試過程不需要測試人員幹預，自動讀取一定格式的文件、數據庫等測試輸入數據，自動測試、自zi動dong與yu標biao準zhun結jie果guo相xiang比bi較jiao智zhi能neng判pan斷duan測ce試shi的de通tong過guo性xing，並bing記ji錄lu於yu特te定ding文wen件jian中zhong。用yong戶hu開kai始shi測ce試shi後hou隻zhi需xu在zai測ce試shi完wan成cheng後hou檢jian查zha結jie果guo文wen件jian，就jiu可ke以yi很hen方fang便bian的de了le解jie測ce試shi的de結jie果guo通tong過guo性xing。測ce試shi效xiao率lv高gao，結jie果guo簡jian潔jie有you效xiao，能neng快kuai速su反fan應ying問wen題ti。測ce試shi軟ruan件jian本ben身shen編bian寫xie難nan度du大da，以yi及ji輸shu入ru數shu據ju文wen件jian的de編bian寫xie。整zheng個ge測ce試shi係xi統tong提ti供gong不bu同tong的de測ce試shi方fang法fa，便bian於yu不bu同tong階jie段duan，不bu同tong問wen題ti，不bu同tong目mu的de，不bu同tong速su度du的de測ce試shi，方fang便bian用yong戶hu根gen據ju實shi際ji情qing況kuang靈ling活huo選xuan擇ze應ying用yong，做zuo到dao一yi個ge測ce試shi係xi統tong滿man足zu測ce試shi人ren員yuan的de所suo有you測ce試shi要yao求qiu。
測試執行如圖六、圖七所示：
圖六 測試執行圖
圖七 測試執行圖
按照前述選擇的手動測試、半自動或者全自動測試，選擇測試配置，通過點選開關組合或者讀取輸入信號文件等方式，開始功能測試，並給出測試結論。
七、測試輸入信號的產生
shuzixitongdeceshiyibanbijiaofuza，xuyaofuzadeceshixinhao，xinhaoyouduoweibutongdeluojizhizucheng，chengweiceshituxing，tabixufugaisuoyouceshiyaoqiuzhongkenengchuxiandeqingkuang，chanshengjiaofuzadeceshituxingdeyizhongzhongyaofangfajiushicunchuxiangying（Stored Response）法，它把需要的標準圖形存入大容量的存儲器中，測試時先調入告訴緩衝存儲器，然後按要求的條件取出以供測試。
針對該係統，源信號設定為每10msyizuxinhao，meigeceshiwenjiandeceshixinhaoxulieshiyizhaoyitiaohuoduotiaoxuqiufenxi，zaifangbianguanchadejichushangbianxieercheng，xinhaoxuliemeiyoubirandelianxi，bixucaiqucunchuxiangyingfachanshengjilixinhao，danshiduimei10ms一組數據,則源信號數據文件龐大，而且人為編寫麻煩、耗時、效率低、容易出錯，並讀進高速緩衝時占用空間大影響程序運行速度。為了解決這種問題，結合信號的特點：為了驗證功能而且讓人工測試能看清，並且程序有一些時間參數，每組信號一般持續一段時間，采用以下方法處理，如圖八所示：
圖八 信號處理
程序首先讀取數據文件進內存，分開時間序號與信號數據，利用時間序號數組實現對產生激勵信號的控製：後一個時間序號值減去前一個值即為前麵信號保持的時間跨度，為了保證結束信號的正確產生並值產生一次，利用結束信號序列值加1相減可得。
利用兩個循環實現自動產生的功能，外部循環是信號變化的情況，每變化一次循環加一，隻有在此條件下，才會更改送進循環的信號值——array2；內部循環即為在信號保持時間內，利用序列差值控製產生相同信號的次數，即控製持續時間。可以利用參數millseconds to wait控製每組信號的間隔時間，在本係統中設默認值為10（ms）。通過此程序即可以實現每10ms產生一組信號給array3，利用此信號序列時，即可從array3引出。
程序通過軟件的方法在保證產生正確激勵信號的基礎上，讓程序員從龐大的數據文件中解放出來，並且比原來數據更容易觀察、理解；提高了文檔的可讀性；大大減少了存取空間的利用，提高了程序運行速度，提高工作效率。
八、測試輸出結果的處理
測試結果的要求分析：測試的基礎是需求分析，為了驗證程序的正確性，必須達到需求分析的功能要求與精度要求；測試數據的設計基礎是需求分析文檔，達到的效果為智能判斷需求的通過性顯示給用戶並存檔以供查詢分析。
測試結果的記錄方式：在(zai)實(shi)際(ji)的(de)結(jie)果(guo)數(shu)據(ju)產(chan)生(sheng)並(bing)記(ji)錄(lu)過(guo)程(cheng)中(zhong)，由(you)於(yu)是(shi)循(xun)環(huan)的(de)測(ce)試(shi)，會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)的(de)相(xiang)同(tong)的(de)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)數(shu)據(ju)，在(zai)測(ce)試(shi)的(de)結(jie)果(guo)中(zhong)，需(xu)要(yao)自(zi)動(dong)處(chu)理(li)相(xiang)應(ying)的(de)結(jie)果(guo)數(shu)據(ju)，並(bing)標(biao)記(ji)重(zhong)複(fu)出(chu)現(xian)和(he)偶(ou)爾(er)出(chu)現(xian)的(de)結(jie)果(guo)。在(zai)前(qian)述(shu)中(zhong)（測試界麵及方法：半自動測試與自動測試），輸入信號是測試程序讀取一定格式的文件、數(shu)據(ju)庫(ku)等(deng)方(fang)式(shi)自(zi)動(dong)讀(du)取(qu)，測(ce)試(shi)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)是(shi)由(you)每(mei)周(zhou)期(qi)產(chan)生(sheng)的(de)一(yi)組(zu)的(de)詳(xiang)細(xi)結(jie)果(guo)數(shu)據(ju)轉(zhuan)化(hua)為(wei)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)同(tong)樣(yang)格(ge)式(shi)的(de)數(shu)據(ju)，主(zhu)要(yao)是(shi)對(dui)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)不(bu)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)的(de)時(shi)間(jian)段(duan)內(nei)進(jin)行(xing)簡(jian)化(hua)。如(ru)圖(tu)九(jiu)所(suo)示(shi)。
圖九 數據簡化過程圖
程序采用順序結構，保證程序運行的時序性，避免結果混亂。程序采用有效數組追加方式組建轉換後的結果數組testresult，先初始化一個空的二維數字數組，將原數組2ddata的(de)起(qi)始(shi)數(shu)據(ju)第(di)一(yi)個(ge)加(jia)到(dao)數(shu)組(zu)中(zhong)，在(zai)中(zhong)間(jian)階(jie)段(duan)采(cai)取(qu)循(xun)環(huan)處(chu)理(li)原(yuan)數(shu)組(zu)中(zhong)的(de)每(mei)組(zu)數(shu)據(ju)。由(you)於(yu)中(zhong)間(jian)階(jie)段(duan)隻(zhi)記(ji)錄(lu)改(gai)變(bian)的(de)信(xin)號(hao)，所(suo)以(yi)結(jie)果(guo)數(shu)組(zu)隻(zhi)能(neng)記(ji)錄(lu)到(dao)信(xin)號(hao)最(zui)後(hou)一(yi)次(ci)變(bian)化(hua)時(shi)的(de)時(shi)刻(ke)與(yu)信(xin)號(hao)。但(dan)不(bu)能(neng)明(ming)確(que)知(zhi)道(dao)最(zui)後(hou)信(xin)號(hao)的(de)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)、整(zheng)個(ge)信(xin)號(hao)的(de)結(jie)束(shu)時(shi)刻(ke)。當(dang)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)突(tu)變(bian)，此(ci)處(chu)即(ji)為(wei)信(xin)號(hao)改(gai)變(bian)點(dian)。此(ci)時(shi)記(ji)錄(lu)的(de)信(xin)號(hao)就(jiu)已(yi)經(jing)完(wan)整(zheng)，但(dan)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)比(bi)較(jiao)少(shao)。通(tong)過(guo)對(dui)中(zhong)間(jian)階(jie)段(duan)最(zui)後(hou)記(ji)錄(lu)的(de)信(xin)號(hao)序(xu)號(hao)與(yu)原(yuan)數(shu)組(zu)2ddatadezuidaxuhaoxiangbijiaojikepanduanzhongjianjieduandeshujushifouwanzheng。buwanzhengdeqingkuangxia，zhijietongguoyuanshuzuhuodezuihoushikedeshujuyuxuhaojiarudaoxindejieguoshuzuzhong。
至此完成了對每10ms一yi組zu數shu據ju的de龐pang大da數shu據ju量liang轉zhuan化hua為wei以yi時shi序xu表biao征zheng的de結jie果guo數shu組zu。達da到dao與yu輸shu入ru數shu組zu的de格ge式shi統tong一yi，方fang便bian後hou期qi的de智zhi能neng化hua處chu理li以yi及ji節jie約yue存cun取qu空kong間jian的de效xiao果guo。圖tu十shi為wei數shu據ju處chu理li後hou存cun取qu空kong間jian圖tu。
圖十 數據簡化及存取圖
根據測試的結果，可以看出以下規律，即結果數據程序處理方式為：
- 記錄開始信號以及相對時間零點；
- 過程中信號每次變化的時間與變化後的信號；
- 結束信號的時間及信號值。
- 、總結
通過該測試平台，可以方便地修改配置程序及信號輸入文件，針對不同的車載電子模塊進行手動、半(ban)自(zi)動(dong)乃(nai)至(zhi)全(quan)自(zi)動(dong)測(ce)試(shi)，且(qie)通(tong)過(guo)內(nei)置(zhi)的(de)算(suan)法(fa)，將(jiang)龐(pang)大(da)的(de)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)加(jia)以(yi)處(chu)理(li)及(ji)簡(jian)化(hua)，便(bian)於(yu)測(ce)試(shi)人(ren)員(yuan)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)，能(neng)大(da)大(da)提(ti)升(sheng)車(che)載(zai)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)開(kai)發(fa)進(jin)度(du)，滿(man)足(zu)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)在(zai)汽(qi)車(che)領(ling)域(yu)特(te)殊(shu)的(de)時(shi)效(xiao)性(xing)、可靠性要求，有著較強的通用性和使用性。
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