10.16638/jki.1671-7988.2017.04.037
汽车组合仪表通用测试软件设计
张明福，刘成厚，郭俊
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：文章通过对某车型组合仪表主流信号类型的研究分析，结合LabVIEW软件中各种控件的强大功能，开发设计了一款组合仪表通用测试程序。该测试程序包含了数字I/O信号、电阻信号、电压信号、PWM信号、CAN总线信号、Lin总线信号的测试及模拟输入输出。并以某组合仪表各典型信号为例进行了测试试验，测试结果表明测试程序能满足组合仪表的信号输入输出测试及监控需求，该测试程序可以实现对组合仪表的通用化测试。
关键词：组合仪表；模拟通道；验证；信号
中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)04-109-04
The design of general test software for Combined instrument
Zhang Mingfum, Liu Chenghou, Guo Jun
( Anhui jianghuai Automobile Co., Ltd., Auhui Hefei 230601 )
Abstract:Based on the research of the main signal types of the combined instrument of a vehicle, combined with the powerful function of LabVIEW software, a general test program of the combined instrument is developed.The testing program includes the testing and analog input and output of the digital I/O signal, the resistance signal, the voltage signal, the PWM signal, the CAN bus signal, and the Lin bus signal. By doing the test of the various typical signals of the combined instrument, the result shows that the test program can meet the testing and monitoring requirements about the signal input or output of the combined instrument, and the test program can achieve on all the combined instruments of a vehicle. Keywords: Combined Instrument; Analog Channel; erification; Signal
CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)04-109-04
前言
组合仪表作为用户与车辆的主要交互界面之一，在整车系统中占有重要地位，其工作时的稳定性和视觉效果是用户关注的重点。但是作为设计工程师，只能把感知的想法通过文字形式告知生产厂家，生产厂
家根据设计工程师的要求生产产品，产品的符合性必须经过测试验证合格后方能进行批量生产。这就要求组合仪表的测试工具必须具备测试组合仪表各种功能和性能的能力。
组合仪表不是独立而存在的，必须与其他零部件及控制模块相互发送或者反馈相应信号才能展现其应有的功能。他们之间的通讯信号的传输通道分为网络总线传输和硬线传输，但绝大部分是通过网络总线传输的。
本文针对组合仪表开发及整车调试阶段所需进行的相关测试。基于LabVIEW的强大功能，在分析组合仪表测试内容的基础上，开发设计了一款基于LabVIEW的组合仪表测试软件，用于组合仪表的测试。并通过试验验证，此软件适用于江淮汽车所有车型的组合仪表的功能性能测试，同时可进行绝大多数电子电器零部件的功能性能测试。
作者简介：张明福，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。电子电器设计研究院，电器设计主管；当前研究方向为电子系统功能性能测试开发研究；兴趣研究方向为智能车测试技术。
张明福等：汽车组合仪表通用测试软件设计110 2017年第4期
1、测试平台设计
1.1 测试需求分析
组合仪表作为人车交互的重要部件之一，其上显示的车速、转速、燃油、水温、指示灯、报警灯及车门状态指示等，都是通过各种信号进行传输的，其中信号发生器或者信号采集系统将所收集到的信号发送给中央处理器，中央处理器将各类信号进行分类处理，并将处理后的数据按照设计规则放入信号通道内，各零部件根据中央处理器的指令和自身特点索取自己需要的信号，并在仪表上显示相应的状态。所以在组合仪表的测试中必须要有能处理以上信号的相关模块，比如：车速信号在不同的车型中使用不同的信号，有的车型使用CAN信号，有的车型使用PWM脉冲信号。在软件开发过程中就需要将车速信号的两种表达方式都考虑进去。
通过相关设计人员介绍，组合仪表中可能使用到的信号有，电压信号、数字I/O信号、PWM脉冲信号、电阻信号、CAN报文信号、Lin报文信号等。
1.2 测试平台硬件设计
所有软件功能的实现必须依赖于硬件，本测试软件的硬件主要由测试平台主机、功能板卡以及操作界面组成，具体如图1所示：
图1 测试平台架构示意
上图中，组合仪表通过线缆与平台主机相连，平台主机与功能板卡相连并控制功能板卡，同时对平台主机的操作有专用的操作显示屏，在操作显示屏上可以控制平台主机，实现各种功能的操作控制。
平台主机：NI公司的NI-PXI-8810作为测试平台主机，可安装16路板卡，进行多种信号的模拟及仿真测试，支持同时多通道测试、多信号模拟。所以选择此主机作为本测试软件的载体。
功能板卡：在测试中需要进行数字I/O信号、电压信号、PWM脉冲信号、电阻信号等信号的传输，所以选用NI公司提供的NI-6528、NI-6704、NI-6713、NI-6233、NI-6624、NI-8513、NI-8516等作为此测试软件的功能板卡。其中NI-6528、NI-6704板卡可模拟及监控数字I/O信号，NI-6713、NI-6233等可输出及监控模拟电压信号，NI-6624板卡可用于监控及产生脉冲信号，NI-8513、NI-8516可模拟和监控CAN 总线和Lin总线信号的收发情况，并自制电阻板卡作为电阻信号的输出控制。
操作界面：人机交互界面，通过操作界面可以控制平台主机对于功能板卡的选择，各种信号的模拟、收发、采集等的监控。
组合仪表：需要进行测试的零部件，可以是江淮汽车任意一款车型的组合仪表。
1.3 测试平台软件设计
由LabVIEW平台的性质决定了软件架构分为前面板和后面板，前面板作为操作者与平台主机之间的交互界面，通过对前面板的操作可以实现软件的各种功能；后面板作为软件开发者的编程界面，所有的控制逻辑、信号分析处理等都在后面板进行编程控制。其根据各自的性能特点，在组合仪表测试中负责不同的测试任务。
该软件设计原理如图2所示，将组合仪表与控制板卡接通，通过软件程序控制组合仪表相关引脚高/低电势的通断，组合仪表根据接收到的信号，按照设计规则显示相应的指示，达到测试的目的。另外还可通过数字I/O输出监控界面监控输出信号是否正常传输。
图2 数字I/O测试原理示意图
1.3.1 数字I/O采集及监控模块设计
数字I/O采集及监控模块主要进行数字I/O模拟量的采集及监控等。比如在组合仪表的电性能测试过程中监控仪表背光亮度随电压变化的情况、仪表主机的工作电压范围等，数字I/O采集模块分为两通道，最大48路独立数字I/O输出，通道允许最大电压±60V，最大电流150mA，并能将电压及电流以波形方式显示在屏幕上。
在此模块的程序编写中，主要使用了LabVIEW内部的DAQma模拟通道创建、读取、释放缓存等控件进行数字I/O 信号的模拟输入、输出，同时通过局部变量的形式更改两端口的通断状态，实现对通道的控制。
1.3.2 电压、电阻、PWM模拟监控模块设计
在组合仪表的测试中，有时候需要进行电性能的测试，需要按照测试用例编辑电压输出波形，并通过软件控制电源模块向组合仪表供电，模拟车型供电电压变化情况；组合仪表中的燃油参数是电阻信号，通过改变电阻值可验证仪表的实际显示是否跟设计需求一致；组合仪表中背光亮度的调节
汽车实用技术
111 2017年第4期
是通过改变PWM信号的占空比实现的，所以在软件设计时还需要考虑PWM信号模拟输出及监控。
1.3.
2.1 电阻信号输出软件架构设计
首先根据组合仪表中电阻信号的工作范围，设计不同量程及精度的电阻输出端口，并将其与自制电阻板卡的相关端口相连。电阻板卡包括通讯芯片、驱动芯片、各种个阻值的电阻、光耦耦合器。
测试台架通过NI-8513板卡与自制电阻板卡上的MC9S12XS-112芯片通过CAN总线进行通讯，MC9S12XS-112芯片根据CAN信号驱动SN74HC540芯片，SN74HC540芯片控制光耦耦合器，将电阻串联或者使其短接，从而输出不同的电阻值。
电阻信号输出软件能实现10路独立电阻信号输出，输出电阻范围4Ω～500KΩ，使用时更改通道输出电阻值即可模拟组合仪表所需的电阻信号。
电阻模块操作界面的电阻输入方式分为两种，一种是直接输入，直接在文本框中输入所需要的电阻值，输入确定后，通过程序控制电阻板卡电阻值的选择，达到控制电阻输出的目的，在这种方式下，电阻呈
阶梯变化，主要测试组合仪表电阻信号的边界条件，如燃油报警的出现及消失等，验证产品对设计的满足程度。另外一种是转盘输入方式，通过旋转转盘，可使电阻值随着旋转的角度而变化，用来验证组合仪表中燃油参数等随阻值变化的函数关系。
在电阻信号输出模块的程序编程中，主要用到簇与数组的特性以及它们之间的相互转换。将多个数据元素按照一定的规则捆绑成簇，这样可减少程序框图上的连接线，从而消除程序框图上的混乱连线，减少子VI所需的连线板接线端的数目。也可使用按名称解除捆绑函数，按名称解除捆绑簇元素。如使用按名称解除捆绑函数，则每个簇元素都必须带有标签。与数组一样，簇包含的不是输入控件即是显示控件，但是不能同时含有输入控件和显示控件。
在编程程序框图中，先将前面板的阻值输入区域捆绑为簇，使程序简化，在使用中将簇转化为数组，索引出数组中需要处理的数据，并进行相应的处理，组建成新的数组，存储在数据通道中，待通道启动时即可输出相应的电阻值。
1.3.
2.2 模拟电压输出及监控软件架构
模拟电压输出及监控软件的操作。该软件能实现32路电压输出，电压范围±10V，用以模拟组合仪表所需的电压信号，同时本软件能实现16路模拟电压监控功能，电压输入范围±10V，采样率250KS/s。
电压的输出通道，物理通道可选择单通道，也可以同时选择多路通道。模拟电压输出数组输入固定值，也可以通过波形发生器等控件创造所需要的任意电压波形，如方波、正弦波、三角波、锯齿波等，并通过导线连接到组合仪表的相应引脚，进行测试。
1.3.
2.3 PWM信号输出软件架构
在PWM信号输出程序编程中主要用到LabVIEW平台中关于通道的创建、任务的启停、缓存清楚等控件，同时为了使程序框图简化易懂，使用了PWM波形输入子VI调用功能，将PWM波形的参数作为单独的子程序，需要使用时通过调用节点引用，并将程序中的相关输入参数配合公式和布尔运算而使用，达到简化程序框图，并能输出任意占空比的波形。
1.3.3 CAN总线信号软件架构设计
CAN总线信号是现代汽车中通用的信号模拟通道，整车大部分信号的传输都是依赖于CAN总线。由于NI主机平台的限定，本软件程序只有4个CAN端口可使用，使用过程中可选任意端口，本软件程序设计了2路CAN测试通道和2路CAN 监控界面，旨在可同时测试2路CAN总线信号，并进行监控，核对各通道的信号传输是否与设计技术要求一致。
1.3.4 Lin总线信号软件架构设计
Lin总线作为低波特率信号传输通道，由于传输速率低，所以价格低廉，在整车中使用不广。但是其特点是控制精度高，大多用在单点控制电路系统中。Lin总线有主节点和从节点之分，在使用Lin测试端口时，首先选择测试节点类型。在进行Lin总线信号监控控制前需要设置波特率(Lin总线的波特率最大为20KBaud)、设置文件存储路径、确定主从节点数量（Lin线最大节点数为16，在不明确主从节点数量时建议将节点数量设置为16）。作为从节点时，与CAN总线信号监控一致，当作为主节点时，需要首先导入.ldf文件，并选择schedule名称，在Lin总线工作过程中，主节点发送工作指令，但是从节点不能立即执行，必须按照顺序执行，在总线中只能有一个从节点工作，其余必须等到上一个节点执行完成后并延时一定时间方能执行。这就决定了Lin总线对数据的处理效率。
2、设计验证
以组合仪表的I/O量指示灯、车速表、转速表、燃油表、气压表以及CAN信号指示灯为例，对本测试软件进行实验验证验证。
2.1 I/O信号测试
如某组合仪表部分指示灯的信号为I/O量信号，本测试通过更改程序中I/O输出的状态实现对电路通断电
江淮汽车股份有限公司控制，当输出通道做0、1变换输出时，数字I/O采集通道相应的端口也随之变化，同时组合仪表上的相应的指示灯也跟着变化。说明数字I/O采集及监控模块的程序设计满足测试需求。2.2 电阻信号测试
某组合仪表的燃油表所需信号为电阻信号，可以通过测试软件控制自制电阻板卡，输出所需电阻值。我们选取第1通道作为电阻输出端口，分别输入28Ω、89Ω、167Ω时，
张明福等：汽车组合仪表通用测试软件设计112 2017年第4期
此时组合仪表燃油油量相应的变化，输入相应的电阻值，组合仪表中燃油量的显示与燃油表的电阻信号技术要求一致，说明该软件程序中电阻模块的设计能满足组合仪表中电阻信号的测试需求。
2.3 模拟电压输出测试
某组合仪表的气压表采用模拟电压输入的方式工作，电压输入技术要求如表1所示。
表1 气压表电压输入技术要求
在测试时可通过该测试软件产生所需的电压信号。组合仪表气压的显示值随电压的变化而变化的关系与组合仪表技术要求一致，说明模拟电压输出模块的设计能满足组合仪表的相关测试。
2.4 PWM信号测试
可以通过测试软件中的任意一路端口所需信号，检测组合仪表车速表是否正常。在进行车速表测试时，组合仪表的车速表规定使用ppk加频率模式。当在测试面板上输入频率750Hz时，组合仪表上显示105km/h左右，符合组合仪表的设计要求，说明本软件程序中PWM脉冲信号输出模块满足组合仪表中PWM信号的测试。
2.5 CAN信号测试
某组合仪表车速和发动机转速信号都是由BCM通过CAN 网络发送的，信号名称为“VehSpd”和“EngSpd”，以及车速表、转速表的使能信号“VehSpdVd”和“EngSpdVd”。当使能信号“VehSpdVd”和“EngSpdVd”值置为“1”时，组合仪表上的转速表和车速表输出有效，改变车速表和转速表“VehSpd”和“EngSpd”的报文数据值，CAN网络的监控文件中相关的数据做相应的变化，相应的数据为十六进制数值，通过十六进制向十进制转换，所得数据刚好与车速和转速值一致。说明本软件程序能满足CAN网络信号的发送及监控，可以用该软件模拟BCM发送的CAN信号，达到组合仪表其他相关功能的测试。
3、总结
本文充分利用LabVIEW平台中各种控件的强大功能，根据组合仪表的测试需求，开发设计了组合仪表的通用测试软件，该软件涵盖I/O信号、PWM信号、CAN信号、电阻、电压信号等当前组合仪表主流信号类型的测试，还设计了电压信号采集，以及各种信号、通道的监控，方便测试人员核对输入输出的一致性。通过测试验证表明该测试软件能满足组合仪表的信号输入输出需求，可以实现对组合仪表的通用化测试，提高效率。
同时，本程序还可以用于整车电子电器零部件的相关测试，只需要根据各自不同的通讯协议连接至平台主机即可。
参考文献
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