基于虚拟仪器的汽车电子测试系统设计

张海绅

摘要：随着当前计算机和软件技术高速发展，虚拟仪器技术在测试领域的优势越来越明显，逐渐成为主流，汽车测试技术也应积极吸取各个领域的新成果，随之不断发展。

关键词：虚拟仪器；汽车电子；自动化测试

汽车电子化是现代汽车发展的重要标志。消费者对汽车电子功能的需求不断增加、汽车机械电子技术的发展以及动力总成方面电子性能的提高，推动了电子器件在汽车中的应用和发展，同时也增加了汽车电子生产和测试的复杂性。

一、虚拟仪器的组成

1.软件软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。其中LabVIEW软件是图形化的编程语言，因此具有如下一些特点：一是能简单方便的完成程序的设计，二是具有强大的数据分析处理功能，三是分析结果的显示直观、清楚，便于使用者分析。另外，NI还提供了许多其它交互式的测量工具和系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、基于ANSI—C语言的LabWindows／CVI、支持微软VisualStudio的MeasurementStudio等等，这些软件都能满足不同用户对不同性能设计方案的需求。

2.模块化的I／0设备适应测试测量应用，NI提供PCI，PXI，PCMCIA，USB和IEEEl394总线等相应的模块化硬件产品，产品类型从数据采集卡、信号调理卡、机器视觉、运动控制模块、分布式I／O到CAN接口等工业通讯，测控领域的产品齐全。利用虚拟仪器高性能的硬件与灵活的软件开发环境，可以开发设计符合自己使用要求的测控系统，满足自己的特殊场合的使用性能要求。

二、虚拟仪器技术的特点

1.性能高。虚拟仪器技术基本上是采用的计算机技术，所以虚拟仪器技术能够利用处理器和文件I／0，把采集到的数据快速存储到存储盘，同时还能实现能实时的进行复杂信号的分析与处理，所以虚拟仪器实现完全“继承”了以现成即用的计算机技术为主导的最新技术的特征。

2.易于扩展。虚拟仪器的软硬件产品使得目前产品研发和设计人员不再局限于现有的仪器设备的固定功能之上，可以随时增加虚拟仪器的测试系统的功能。由于虚拟仪器软件这种灵活性的特点，只需改换部分测量硬件，就能以最经济的硬件或者很少、甚至无需软件上的更新换代即可进行改进整个测试系统。在利用最新科学技术开发产品的时候，可把它们集成到现有的测试与控制仪器上，最终以很低的投资减少产品市场化的时间。

3.设计时间短。在应用和驱动等程序开发上，虚拟仪器的图形化的程序设计能与PC机、通讯和设备仪表等方面的最新科技成果联系在一起。虚拟仪器的设计软件的思想就是为了方便用户使用，作功能，使客户快乐方便的设计、研发、试测量和控制等实施方案。同时还提供了高灵活性和强大的软件操发布、维护和更改高要求、低投资的测

4.集成度。从实质上讲，虚拟仪器技术是一个集成的软硬件思想。设备在功能上越来越复杂化，因此一个测试系统通常需要用户集成多个测量设备来完成，

同时总是要耗费大量的精力去连接和集成这些不同仪器。

三、系统硬件设计

电子设备测试系统的硬件部分主要包括控制器、PXI板卡、信号接线盒、数据通信转换板卡、供电电源等主要部分。NI公司提供的PXI模块化仪器设备相对于GPIB，VXI，RS232等仪器而言，具有速度快、体积小、易扩展等优势，因此，在硬件方面以PXI模块化仪器为主配合信号测量与发生模块，通过GPIB和RS232总线扩展专用设备。

1.信号采集。PXI-4070数字万用表和自主设计的数字仪表为常用的测试模块，主要用于测量电压、电阻和电流等参量，其优势在于可以测量0～300V的电压，0～2A的电流，0～100MΨ的电阻；示波器PXI-5112（2通道8位分辨率，100MHz带宽）和模拟输入PXI-6070E（16路单端输入/8路差分输入，12位分辨率，1.25M采样率）配合使用，可以满足常用的连续波和单点电压信号的采集，PXI-6070E在进行数据采集时，前端连接了2块SCXI-1125，用于信号的调理（100kHz或4Hz的低通滤波、衰减）。高速DIOPXI-6534可以采集和输出高低速离散量。特殊和复杂信号的采集处理采用GPIB设备和RS232自主设计设备，如频谱分析仪。

2.信号输出。输出信号主要是模拟输出汽车数字仪器仪表需要采集的信号，对车载仪表进行检测。采用PXI-6624工业级隔离的32位定时器/计数器PXI接口板卡，配合外部供电电路，产生仪表所需的一系列信号。燃油表和水温表等采集的是模拟信号，选择PXI-6713（输出8路10V模拟电平信号）的模拟输出通道为燃油表和水温表等提供模拟信号。由于仪表上的开关量信号比较多，如刹车、左右转向灯、燃油报警、水温报警以及左右车门开关信号等，它们之间产生的干扰也比较大，我们选用PXI-6528对仪表的开关量进行控制，有效地抑制了信号之间的干扰。此外为了便于扩展，函数发生器PXI-5421（16位分辨率，100MS/s采样率，带宽43MHz）和高速模拟输出PXI-6733（8路输出，16位分辨率，更新率1MHz）配合使用，可以满足常用的连续波和单点电压信号的输出。

四、软件设计

基于虚拟仪器的汽车电子测试系统可完成车载电子模块的网络、功能与诊断测试。该测试系统中的软件部分由测试主程序、底层驱动程序、用例执行程序和人机交互程序4部分组成，如图1所示。

图1测试系统软件架构

1.测试主程序。测试系统主程序可将Excel配置文件导入后进行自动配置，将涉及ECU功能的各输入／输出引脚与硬件资源进行关联。利用队列引用，将子测试用例的用例名称、测试步骤及评价等配置信息传递给用例执行程序；通过测试用例配置文档，进行测试用例名称、测试步骤的文字描述、信号类型、与物理通道的映射及采集数据评价等信息的配置；利用DBC／LDF处理程序读取总线数据库相关信息，方便测试用例进行总线报文的仿真和信号的读取。

2.底层驱动程序。底层驱动程序把测试系统硬件配置文档中定义的物理通道打开，并按照用例执行序列发出的指令对各通道进行操作，包含对PXI板卡输入／输出控制、程控电阻板卡阻值调节、程控继电器与负载板卡输出信号控制以及外接设备（如程控电源、数字示波器、Vector等工具）的控制。

3.人机交互程序。人机交互程序包括测试信息配置界面与用户操作界面。通过用户操作界面可直接导入DBC／LDF文件、测试用例配置文件、模块信息配置文件及测试信息配置文件，相关参数可依据测试需求进行配置，具有良好的通用性与扩展性。

4.测试用例执行程序测试用例执行程序用来控制管理测试所需的用例，实现ECU功能、网络与诊断测试用例的执行。逻辑层架构如图2所示。

图2逻辑层架构

每条测试用例由测试用例信息和硬件仿真接口配置两部分组成。测试用例信息部分描述了测试用例所属的功能类、测试功能项、用例名称等描述信息。硬件仿真接口配置部分则对测试用例每一步的执行时间、信号类型、映射通道和信号值进行了精确定义。程序执行时会读取测试用例配置文档，按照文档用例配置信息执行测试操作。测试用例更改时只需对测试用例配置文档进行重新配置即可实现更改，提高了测试用例编写速度，增强了测试用例的可维性与通用性。

5.测试报告生成程序。测试报告生成程序将测试基本信息、测试模块信息和测试结果用HTML语言写成网页格式报告。测试基本信息包括测试人员、测试时间、测试阶段等信息；测试模块信息包括所属项目、所属车型、供应商、软硬件版本等信息；测试结果包括执行动作、评价标准、测量值、测试结果等信息。

基于虚拟仪器的车辆电子设备测试系统是一套高性价比的测试系统，其投资少，开发周期短，性能可靠，通用性强，易于维护，而且提高了设备测试的智能化程度。该系统操作方便，可进行手/自动测试，并具有良好的人机交互界面，极大地增加了测试的便利性，能及早发现车载电子设备中潜在的缺陷和不足，提高测试效率。

参考文献：

[1]吴晓华.虚拟仪器技术分析与设计[M].北京：电子工业出版社，2016：2-35.

[2]李建，姚国平.汽车电子控制技术[M].北京：人民交通出版社，2016：1-18.