本文是电力论文，本论文的主要工作和成果如下：1）通过研究汽车电子控制单元，详细分析电子控制单元结构、功能和测试需求，并深入分析汽车电控单元测试系统的实际需求。基于柔性测试原理设计了系统总体结构。系统在结构上分为人机交互层、测试管理层、底层驱动层、硬件资源层和测试实体层等五个部分，系统结构分明，管理方便。从测试仪器安装、系统走线等方面考虑，设计了整体测试方案。2）采用ARM+FPGA架构，开发了继电器矩阵板卡、继电器矩阵板卡拓展卡和电源负载板卡，设计了硬件电路，制作了PCB电路板并加工焊接，编写了下位机控制与通信程序。完成了系统内部仪器和板卡连接，并调试了硬件板卡功能。其中电源负载板卡主要用于系统挂载大功率负载或者向被测ECU供电；系统硬件仪器、待测电子控制单元分别接入继电器矩阵卡仪器矩阵和测量矩阵。提出了继电器矩阵切换拓扑解决方案，继电器切换矩阵预留24路仪器接入端口和160路电控单元接入端口，通过仪器矩阵和测量矩阵实现待测电控单元各管脚与测量仪器之间任意连接，使系统可兼容测试多种类型ECU，能够解决目前汽车电控单元测试系统存在的通用性差、硬件设备利用率低、成本高等问题。
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第1章绪论
作为汽车电子控制系统基本组成模块的电子控制单元，需要在十分恶劣的工作环境中实现预期功能[13]，因此汽车电子控制单元测试环节是其生产阶段的关键步骤，是改善汽车电子产品功能与质量、保证ECU工作可靠性与稳定性的重要手段方法[14-16]。汽车电控单元的检测效率与精度直接影响其开发周期和成本，也作为企业生产管理和作出重大决策的重要依据[17]。近些年由于对汽车电子产品的需求不断增加，其更新换代的速度持续加快。汽车电控单元测试结果的准确性、检测方法的优劣以及测试用时长短等指标决定产品的上市节奏。在电控单元测试技术发展初期，大体上均是通过测试工程师手动操作继电器组合开关的方式测试ECU。这种手动测试方法有如下缺点：一方面，在测试过程中容易遗漏测试项目，而且很难模拟电控单元的长时间工作状态来检测其稳定性；另一方面，测试过程中需要进行大量重复性的操作，工作缺乏创造性，测试效率非常低，无法在短时间内完成大量测试用例的编写任务。成功研发自动测试系统(AutomaticTestSystem,简称ATS)，能够在很大程度上减少ECU测试阶段工作量，提高测试效率，缩短研发周期。然而汽车电子控制单元种类较多，包括发动机控制单元、智能驾驶控制器、仪表控制模块等电子产品。即使是同一种ECU，也因厂家不同、车型不同而存在差异。现有汽车电控单元自动测试系统绝大多数都是为了满足特定ECU测试需求而设计开发的，不能兼容多种ECU产品的测试工作，硬件资源利用率偏低，无法实现测试系统的平台化[18-19]；且系统开发任务繁重，需要耗费较多的时间和人力成本，测试效率较低。
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第2章汽车电子控制单元测试系统需求分析与方案设计
2.1引言
汽车电子控制单元自动测试系统智能化与自动化程度普遍较低，通用性较差，不能兼容检测多种ECU产品。单套测试系统硬件仪器造价昂贵，且一般是为满足特定ECU测试需求而开发，硬件资源利用率偏低。开发者需要花费较多的时间在仪器选型、仪器驱动控制程序编写调试、产品测试程序开发调试、自动化测试操作界面开发、其他测试管理系统程序开发等方面，所耗费的软件成本与时间成本同样很高。因此，研发一套智能化通用的汽车电子控制单元测试系统，实现系统软件与硬件平台化具有重要意义。以上述问题为背景，本文深入分析汽车电子控制单元结构和功能单元模块，研究现有ECU检测系统采用的测试方法以及测试标准，分析汽车电子控制单元测试需求，并基于柔性测试原理研发一套智能化、通用的电控单元测试系统。该系统选配有电源、示波器、信号发生器、多通道采集卡、DIO卡、数字万用表等硬件设备，并开发继电器矩阵卡和继电器矩阵卡拓展卡。系统硬件仪器资源接入继电器矩阵卡仪器矩阵，被测ECU接入继电器矩阵卡或继电器矩阵卡拓展卡测量矩阵。继电器矩阵卡和继电器矩阵卡拓展卡组成的继电器矩阵切换拓扑结构，可将任意的硬件仪器和被测ECU管脚相连接。通过该拓扑结构，用户无需关注ECU管脚具体定义，只需将待测ECU接入继电器矩阵切换拓扑结构的测量矩阵，即可利用系统全部硬件资源完成测试；系统可兼容测试多种类型ECU，极大提升硬件仪器资源利用率，且用户无需关注系统与ECU的硬件接线。进一步地，在软件方面，设计开发人机交互界面、系统管理程序与测试配置管理程序，可减少软件开发过程中重复性的工作。对于被测电控单元，用户只需要调用模块化功能函数编写测试序列，通过系统人机交互界面加载该测试序列，完成ECU测试。这种设计方法能够显著降低工程师开发系统软件的难度，从而缩短开发周期。
2.2测试系统需求分析
汽车电子控制单元接收用户开关输入信号、传感器反馈信号、模拟量信号和总线信号等控制信息，并对接收到的信息进行分析处理，从而汽车电子控制单元执行相应的动作，以此控制汽车某项功能[46]。汽车电子控制单元主要功能如下表2.1所示：根据上述需求分析，本课题选择满足设计要求的大功率电源、程控数字万用表、示波器、信号发生器，周立功工业级CAN卡、高精度程控电阻板卡等硬件设备，并开发电源负载切换板卡与继电器矩阵切换板卡，基于柔性测试原理搭建汽车电子控制单元智能化通用测试系统。以上设备均可以通过软件控制自动化实现程控测量与数据回读记录的功能。测试工程师针对实际待测电控单元，开发相应的测试序列，系统自动执行该测试序列，同时生成测试报告，完成电控单元检测工作。所开发的测试系统能够在很大程度上减少测试序列开发时间，系统管理程序、硬件资源驱动程序、功能模块程序和人机交互界面可以避免大量重复性的软件开发工作。进一步地，继电器矩阵板卡拓展了系统硬件资源，显著提高硬件仪器利用率，降低开发成本。而且多个电控单元可同时并行测量，明显提升ECU测试效率。
汽车电子控制单元系统结构图
第3章汽车电子控制单元测试系统硬件平台设计.............................21
3.1测试系统机柜设计........................................................................21
3.2测试系统仪器板卡选型................................................................22
3.3电源负载板卡设计........................................................................25
3.4继电器矩阵板卡设计....................................................................28
3.5本章小结........................................................................................33
第4章汽车电控单元测试系统软件设计.............................................35
4.1虚拟仪器技术与软件开发平台LabVIEW..................................35
4.2测试系统软件整体架构................................................................37
4.3测试系统软件整体执行流程........................................................39
4.4系统硬件仪器驱动程序设计........................................................41
4.5人机交互层软件设计....................................................................44
第5章测试用例设计及实验测试.........................................................51
5.1测试用例设计方法研究................................................................51
5.2测试系统搭建................................................................................55
5.3测试系统调试................................................................................56
5.4某款汽车智能驾驶控制器(ATSCU)测试....................................58
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第5章测试用例设计及实验测试
5.1测试用例设计方法研究
测试用例是系统开发人员在实际检测过程中所依据的测试规范，其说明拟测试产品每一个功能的测试步骤及评价标准。使用合理的设计方法开发有效的测试用例，能够扩展测试用例的覆盖范围，减少冗余的测试步骤，而且可以及时发现产品存在的问题，降低开发成本。常见的测试用例设计方法可大体上分为黑盒测试方法与白盒测试方法两类。等价类是程序全部可能输入数据的子集，该子集的每个数据在检查程序错误方面具有相同的作用，同时假定：对某等价类的代表值进行测试等效为测试该等价类的其他值。因此可将程序的所有输入数据分成不同的等价类，在每个等价类中选择一个数据作为测试过程的输入条件，从而使用少量典型的测试数据，获得良好的测试结果。等价类划分共有两种情况：即有效等价类与无效等价类，其中对程序的需求规格说明书来讲是合理的、有意义的输入数据组成的集合，称为有效等价类；对程序的规格说明书来讲是不合理的、无意义的输入数据组成的集合，称为无效等价类。等价类划分标准是尽量做到完备测试，又要避免冗余，同时各子集无交集，其并集为所有输入数据。划分等价类之后，构建等价类表格，列写全部已经划分的等价类，然后应遵循如下原则设计测试用例[58]：1）为已经划分出的每个等价类定义唯一的编号。2）当设计每个测试用例时，需要使其最大程度地包含前面未被包含的有效等价类，不断循环，直到测试用例包括全部有效等价类。3）当设计每个测试用例时，需要使其只包含一个前面未被包含的无效等价类，不断循环，直到测试用例包括全部无效等价类。
5.2测试系统
搭建根据前期所设计的测试系统软件与硬件平台，完成测试机柜装配、电路板卡设计、制作与焊接、测试设备集成、线束制作、内部硬件间接线及测试系统软件开发等相关工作，并在此基础上，最终搭建完成整个测试系统。如图5.2为开发的汽车电控单元智能化通用测试系统实物图。汽车电子控制单元智能化通用测试系统硬件仪器包括程控大功率电源、程控数字万用表、高精度程控示波器、信号发生器，以及周立功工业级CAN卡、工业级数字I/O卡、电源负载板卡、继电器矩阵板卡与继电器矩阵板卡拓展卡。PCI_DIO卡数字I/O通道、示波器采集通道、信号发生器输出通道、DA单元输出端口、数字万用表测量通道、CAN通信总线和LIN总线全部接入继电器矩阵卡仪器矩阵输入端，程控电源输出通道连接电源负载卡电源输入通道。留出电源负载卡每个通道、继电器矩阵卡与继电器矩阵卡拓展卡测量矩阵通道，以备与ECU连接。智能化通用测试系统调试过程包括硬件功能和软件功能的调试与整体调试等步骤，目的是检验系统元器件焊接与线束连接是否正确、各硬件设备工作是否正常、零部件安装是否牢靠、模块化功能函数是否可实现预期功能以及驱动程序运行是否正常。对系统整体进行功能调试，便于及时发现测试系统的不足之处，能够有效降低系统故障发生率。
柔性测试系统的三维模型
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第6章全文总结
分析了汽车电控单元智能化通用型测试系统各个功能模块的实现过程。选型系统硬件仪器和通信模块，使用LabVIEW开发环境编写了硬件仪器、通信模块、继电器矩阵板卡的模块化功能函数与驱动程序。使用本系统进行后续开发的使用者能够基于NITestStand平台协调调用系统硬件模块化功能函数，快速完成汽车电控单元测试程序开发工作。上述设计方法解决了目前自动测试系统开发难度大，周期长等问题。因此研发一套智能化通用型汽车电控单元测试系统，使测试系统软件与硬件实现平台化具有十分重要的意义。本论文题目来自课题组与我国某知名汽车研究开发事业部合作项目，选题的目标是为了满足汽车电子控制单元测试需求，基于柔性测试原理研究并开发一套智能化且具有通用性的汽车电控单元测试系统。开发该系统的主要意义在于平台化测试系统，使其能够兼容多种类型汽车电控单元的测试工作，并可对多套ECU并行测试，从而进一步降低测试系统的开发成本，缩短研发周期。
参考文献（略）
