汽車電子技術(shù)測試概述

 隨著汽車電子化的方便、舒適性等特點逐漸顯現(xiàn)，該技術(shù)被迅速普及于汽車的各個部分。汽車電子化被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展史上的一次革命。從廣義上看，汽車電子包括基礎(chǔ)元器件、電子零部件、車載電子整機、機電一體化的電子控制系統(tǒng)(ECU)、整車分布式電子控制系統(tǒng)及與汽車電子有關(guān)的車外電子系統(tǒng)等軟硬件部分。

RIGOL是業(yè)界領(lǐng)先的，從事測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的國家高新技術(shù)企業(yè)，是中國電子儀器行業(yè)協(xié)會、中國儀器儀表協(xié)會會員。公司已申請發(fā)明專利超過500項，填補了多項國家空白。產(chǎn)品遠銷美、英、法、德、俄、日、韓等70多個國家和地區(qū)。

從發(fā)動機到車窗，從安全氣囊的控制裝置到剎車系統(tǒng)，都有電子設(shè)備的身影。電子化程度則被認(rèn)為是衡量汽車技術(shù)發(fā)展程度的重要標(biāo)志之一。而衡量汽車電子化程度的指標(biāo)主要有兩個方面：

1、電子裝置成本在整車成本結(jié)構(gòu)中的比重

目前我國汽車電子系統(tǒng)在中高端車型的成本占比在30%-40%，在純電動轎車中的占比可達65%左右。

2、單元微型計算機ECU應(yīng)用數(shù)量

汽車中ECU使用數(shù)量也不斷增加，而具有代表性的就是CAN總線控制器的應(yīng)用。CAN總線的配置給電控單元的應(yīng)用提供了靈活的設(shè)計平臺，這將是電子系統(tǒng)應(yīng)用的新起點。目前車用ECU的最高使用數(shù)量在一輛車中高達到了50個以上。正是這些ECU構(gòu)成了整個汽車的控制系統(tǒng)中樞。

汽車電子技術(shù)及測試

目前在汽車的各個部分均有汽車電子部件的存在，如圖二所示。而將這些電子系統(tǒng)按照功能分類，大致可以分為以下幾個部分：

1、動力及傳動系統(tǒng)電控：

發(fā)動機電噴、自動變速箱、自動無級冷卻扇、進氣增壓、全時全輪驅(qū)動、混合動力驅(qū)動控制。

2、行使穩(wěn)定系統(tǒng)電控：

防抱死系統(tǒng)ABS、行駛穩(wěn)定性控制ESP、牽引力控制TCS、剎車力分配系統(tǒng)EBD、平行停車協(xié)助。

3、安全系統(tǒng)及舒適性電控：

自動空調(diào)、巡航控制、適時/瞬時懸置阻尼控制(ABC、RACU)、前燈光自適應(yīng)控制、防盜、自動門鎖系統(tǒng)、自動發(fā)動機啟動。

4、娛樂及信息系統(tǒng)：

儀表、CAN總線及控制模塊、導(dǎo)航GPS、DVD、娛樂系統(tǒng)、燈光控制。

5、油耗經(jīng)濟性控制：

電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)EPS、混合動力、電剎車。

在上文提到的這些系統(tǒng)，均是以嵌入式結(jié)構(gòu)為核心設(shè)計的，而各個系統(tǒng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)則又不得不提到CAN總線技術(shù)。可以說在現(xiàn)行的汽車電子技術(shù)領(lǐng)域，嵌入式技術(shù)和CAN總線技術(shù)是技術(shù)核心，這兩種技術(shù)的發(fā)展程度直接決定了汽車電子技術(shù)的技術(shù)水平。

一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡單，如手機上的一個微小型的電機，當(dāng)手機處于震動接收狀態(tài)時打開;也可以很復(fù)雜，如SONY 智能機器狗，上面集成了多個微小型控制電機和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜的動作和感受各種狀態(tài)信息。

6、CAN

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerArea Network, CAN)的簡稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。CAN的出現(xiàn)使車載設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化成為了可能。

測試技術(shù)

按照測試技術(shù)的發(fā)展程度分類，測試技術(shù)可以分為3類：

1，定性測試

這種測試手段比較原始，具體的操作方法是將被測件應(yīng)用在他的其中一個標(biāo)準(zhǔn)適用環(huán)境中，如果被測件可以適應(yīng)使用環(huán)境，那么認(rèn)為合格，反之認(rèn)為不合格。這是在測試工具極端匱乏和測試技術(shù)低下的情況下采用的不得已測試方法。這種原始的測試方法使測試人員“知其然而不知其所以然”，產(chǎn)品的通用性極差，對于產(chǎn)品的改進也沒有任何幫助。

2，定量測試

隨著技術(shù)的發(fā)展，測試設(shè)備的不斷出現(xiàn)并完善，測試技術(shù)發(fā)展到定量測試階段。即使用測試儀器，按照設(shè)計參數(shù)對被測件進行檢測，符合規(guī)范的即為合格，反之不合格。這是測試技術(shù)走向“文明化”的標(biāo)志，這種測試手段使得產(chǎn)品向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，同時測試的數(shù)據(jù)也為產(chǎn)品的改進和換代提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)。這種測試手段是當(dāng)前主流的測試手段。

3，系統(tǒng)化測試

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對于一款產(chǎn)品來說要測試的參數(shù)明顯增多了。例如在國標(biāo)文件《QC T 549-1999 汽車倒車報警器》中規(guī)定汽車報警器需要通過的電學(xué)測試多達10項，而在整個汽車中這樣的模塊數(shù)十個。在這種情況下，為了兼顧產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率，系統(tǒng)化測試成為了測試工程師的最佳選擇。

測試技術(shù)分析

現(xiàn)代電子產(chǎn)品的測試就其場所來分基本上都可以分為研發(fā)和生產(chǎn)兩個部分。而汽車產(chǎn)品本身是由多系統(tǒng)組成的，因此汽車的生產(chǎn)是一個社會分工協(xié)作的過程，于是汽車電子的測試分為多個部分：

電子零部件的測試。例如汽車傳感器測試;

通信網(wǎng)絡(luò)測試。例如儀表盤的CAN總線通訊測試;

各個嵌入式控制器測試。這些模塊都是典型的嵌入式設(shè)備;

其他電子設(shè)備測試。例如汽車門鎖、汽車鑰匙、胎壓、車載收音機、離合器等。

每個部分的測試技術(shù)和方法都有自己的特點，而控制器則是典型的嵌入式設(shè)備，其測試手段也和通常的嵌入式設(shè)備測試大同小異，在這里不做分析，下面針對余下三個方面一一分析介紹。

電子零部件測試

汽車上使用了眾多的電子零部件，例如廣播天線、各種傳感器、各種燈具等。而考慮到零件生產(chǎn)測試的獨立性和部件在汽車上的使用情況，下面著重分析汽車傳感器及其測試技術(shù)。

傳感器是汽車計算機系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀況等，轉(zhuǎn)化成電訊號輸給計算機，以便發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài)。根據(jù)傳感器在汽車中的作用，可以分類為測量溫度、壓力、流量、位置、氣體濃度、速度、光亮度、干濕度、距離等功能的傳感器。不同類型的傳感器在汽車上也會有許多不同的應(yīng)用，

例如壓力傳感器。汽車壓力傳感器有很多種，用途也不一樣：

1、機油壓力傳感器——用于測量潤滑油的壓力;

2、燃油壓力傳感器——用于測量燃油泵后的燃料管內(nèi)燃油壓力;

3、共軌壓力傳感器——測量柴油發(fā)動機共軌噴射系統(tǒng)中軌內(nèi)燃油壓力;

4、車用空調(diào)高低壓傳感器——測量車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)中冷凝劑的壓力;

5、空氣壓力傳感器——用于測量進氣、增壓渦輪后端以及進氣歧管內(nèi)空氣壓力;

6、胎壓傳感器——測量輪胎內(nèi)氣壓;

7、缸壓傳感器——測量汽缸內(nèi)壓力;

8、差壓傳感器——測量尾氣顆粒捕捉器兩端壓力差;

9、剎車壓力傳感器——測量剎車液壓或氣壓壓力。

傳感器的輸出信號類型主要有：

電壓。例如絕大多數(shù)的壓力傳感器輸出的是直流電壓，電壓范圍通常在0.5～4.5VDC;

電流。例如上海某儀表廠的NS-I1型壓力變送器輸出電流為4～20mA;

頻率。大部分轉(zhuǎn)速傳感器以及扭矩傳感器輸出的信號為頻率。例如JN338型扭矩傳感器輸出的就是10K～15KHz的頻率信號;

波形及其他類型。例如北京某發(fā)動機研究所設(shè)計的爆震傳感器輸出的就是一個類似于噪聲的波形。

傳感器測試對設(shè)備的要求最主要的一點就是精度，因為傳感器輸出的信號范圍相對來說比較小，而測試范圍卻比較大。拿NS-I1型壓力傳感器來說，首先其輸入壓力范圍最高可以從0到100MPa，而輸出只是4～20mA，1uA換算出來的絕對壓力值將近5Kpa;其次，傳感器本身要求的精度為0.1%，那么對測試設(shè)備的要求就遠遠優(yōu)于這個指標(biāo)，因此適合傳感器測試的設(shè)備主要為高精度數(shù)字萬用表。例如RIGOL的DM3068萬用表，其20mA直流電流測試精度達到0.05%/年，直流電壓精確度更是達到了0.0035%/年。

與傳感器工作在一起的是信號處理單元和執(zhí)行機構(gòu)，在這些機構(gòu)的設(shè)計過程中需要以傳感器設(shè)計輸出信號作為激勵，再測試電路的響應(yīng)以及執(zhí)行機構(gòu)的運行狀況。而在實驗室環(huán)境讓一些傳感器實時輸出信號作為激勵是不現(xiàn)實的，例如機油壓力、燃料壓力等傳感器，這就給產(chǎn)品設(shè)計和測試帶來了第一個技術(shù)上的挑戰(zhàn)：激勵信號的模擬問題;有些實驗是要基于較長時間的動態(tài)信號，而要模擬這個信號就需要首先捕捉這個信號，那么就需要儀器有較長的記錄范圍，而測試信號波形的儀器首選示波器，反映在示波器中就是波形存儲深度這個參數(shù)。

在這個應(yīng)用過程中，需要采用示波器采集——信號源模擬的模式，儀器設(shè)計者發(fā)揮自己的聰明才智，設(shè)計了一個“無縫互聯(lián)”的功能。即：使用數(shù)據(jù)線(有的使用U盤中轉(zhuǎn)一次)連接示波器和信號源，然后直接將示波器采集到的信號波形數(shù)據(jù)傳輸給信號源，讓信號源直接模擬這個信號。

綜上所述，整個傳感器測試的過程中對儀器的要求有以下幾點：

高壓測試

汽車點火器的測試是整個汽車測試中唯一的高壓測試。

點火線圈在點火時會產(chǎn)生上萬伏的瞬間電壓，測試這個點火波形的時候主要測試下面幾個參數(shù)：

1、電壓

點火器的輸出電壓必須大于一定的限值，否則難以激發(fā)出電火花，造成點火失敗;

2、波形

點火器的電壓波形應(yīng)該呈現(xiàn)單脈沖式(有的型號呈現(xiàn)出連續(xù)多脈沖的波形)，脈沖不能出現(xiàn)震蕩，否則可能有漏電;

3、脈寬

點火脈沖需要持續(xù)一段時間，否則可能因為電火花持續(xù)時間過短，而造成點火失敗。

頻域測試

汽車中遙控鑰匙和廣播天線等設(shè)備的測試需要測試頻率準(zhǔn)確度，發(fā)射功率，調(diào)制度;對胎壓檢測模塊還需要確定接收靈敏度指標(biāo)。這些測試可以用頻譜分析儀和射頻信號源完成。

通信網(wǎng)絡(luò)測試

汽車的各個電路模塊和控制單元是通過汽車通訊網(wǎng)絡(luò)連接在一起進行工作的，而在汽車中最常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，當(dāng)屬CAN總線了。

CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。在汽車中，CAN總線擔(dān)負(fù)著連接傳感器終端和控制單元、執(zhí)行機構(gòu)，使整個汽車系統(tǒng)呈現(xiàn)一體化、網(wǎng)絡(luò)化的重要責(zé)任，其傳輸速度可以達到1Mbit/s。當(dāng)然在不同的系統(tǒng)間其位傳輸速率有可能是不一樣的。較之目前許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言, 基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：

l 網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強

l 開發(fā)周期短

l 已形成國際通用標(biāo)準(zhǔn)

在CAN總線的測試過程中，我們往往關(guān)注以下幾個方面的參數(shù)：

1，CAN_L和CAN_H的對稱性

CAN總線的兩條數(shù)據(jù)線呈差分方式傳輸，分別命名為CAN_H和CAN_L，他們以2.5V電壓為對稱中心分布。在實際的系統(tǒng)中，這兩條線可能會因為傳輸延遲、毛刺等原因造成不對稱，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸異常。

2，CAN解碼

對于一個總線信號，在測試過程中不可避免的要對總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行解析，因此就需要測試設(shè)備具備對CAN總線解碼的功能。

3，“眼圖測試”

CAN總線在傳輸過程中會因為負(fù)載效應(yīng)，兩條數(shù)據(jù)線分別被拉低和抬高，形成了類似于光纖測試中眼圖的效果，而CAN總線的測試也需要測試這個“眼睛”的張開程度，即圖九中CAN_L(藍色線)的高電平減去CAN_H(黃色線)的低電平的幅度。

CAN以外，汽車上常用的總線協(xié)議還有LIN總線和FlexRay總線，其測試手段和CAN總線有相似之處，在這里不再介紹。

老化測試或者耐久測試

汽車是在陸地上長時間高速行駛的機電裝置，人們對他的安全性能和舒適性能要求比較高，因此對于某些裝置需要進行老化和耐久測試，以驗證裝置的可靠性和安全使用期限。在這種測試需求的裝置中，最典型的就是制動器，俗稱剎車。

制動器分為摩擦式和電磁式等多種類型，汽車中常用的是摩擦式制動器。制動器測試的時候需要測試多路信號，例如轉(zhuǎn)速傳感器的信號、電源信號、制動力矩(通過力矩傳感器)等，因此需要多通道示波器;而在進行耐久性測試的時候往往需要連續(xù)不斷的測試數(shù)十萬次，而人工測試顯然很難完成這個艱巨任務(wù)，因此需要自動化測試系統(tǒng)來完成這項工作。

其他電子設(shè)備測試

在汽車上除了用到車身控制器、儀表盤、傳感器等等通用設(shè)備以外，根據(jù)汽車的配置不同，還會配備有其他的一些電子設(shè)備。例如汽車遙控門鎖、制動器、車載音響、點火器等等。這些設(shè)備的測試往往有自己的特點。