关于汽车电子技术测试分析和介绍

汽车电子技术起源于上世纪90年代，而随着汽车电子化的方便、舒适性等特点逐渐显现，该技术被迅速普及于汽车的各个部分。从广义上看，汽车电子包括基础元器件、电子零部件、车载电子整机、机电一体化的电子控制系统(ECU)、整车分布式电子控制系统及与汽车电子有关的车外电子系统等软硬件部分。从发动机到车窗，从安全气囊的控制装置到刹车系统，都有电子设备的身影。

汽车电子化被认为是汽车技术发展史上的一次革命。电子化程度则被认为是衡量汽车技术发展程度的重要标志之一。而衡量汽车电子化程度的指标主要有两个方面：

1、电子装置成本在整车成本结构中的比重

目前我国汽车电子系统在中高端车型的成本占比在30%-40%，在纯电动轿车中的占比可达65%左右。

2、单元微型计算机ECU应用数量

汽车中ECU使用数量也不断增加，而具有代表性的就是CAN总线控制器的应用。CAN总线的配置给电控单元的应用提供了灵活的设计平台，这将是电子系统应用的新起点。目前车用ECU的最高使用数量在一辆车中高达到了50个以上。正是这些ECU构成了整个汽车的控制系统中枢。

图一汽车电子技术发展

汽车电子技术及测试

目前在汽车的各个部分均有汽车电子部件的存在，如图二所示。而将这些电子系统按照功能分类，大致可以分为以下几个部分：

1、动力及传动系统电控：

发动机电喷、自动变速箱、自动无级冷却扇、进气增压、全时全轮驱动、混合动力驱动控制。

2、行使稳定系统电控：

防抱死系统ABS、行驶稳定性控制ESP、牵引力控制TCS、刹车力分配系统EBD、平行停车协助。

3、安全系统及舒适性电控：

自动空调、巡航控制、适时/瞬时悬置阻尼控制（ABC、RACU）、前灯光自适应控制、防盗、自动门锁系统、自动发动机启动。

4、娱乐及信息系统：

仪表、CAN总线及控制模块、导航GPS、DVD、娱乐系统、灯光控制。

5、油耗经济性控制：

电动转向助力系统EPS、混合动力、电刹车。

图二电子控制单元在整车中的分布

在上文提到的这些系统，均是以嵌入式结构为核心设计的，而各个系统之间的通信网络则又不得不提到CAN总线技术。可以说在现行的汽车电子技术领域，嵌入式技术和CAN总线技术是技术核心，这两种技术的发展程度直接决定了汽车电子技术的技术水平。

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单，如手机上的一个微小型的电机，当手机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如SONY 智能机器狗，上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器，从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。

6、CAN

CAN是控制器局域网络(ControllerArea Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。CAN的出现使车载设备网络化成为了可能。

图三车载网络示意图

测试技术

按照测试技术的发展程度分类，测试技术可以分为3类：

1，定性测试

这种测试手段比较原始，具体的操作方法是将被测件应用在他的其中一个标准适用环境中，如果被测件可以适应使用环境，那么认为合格，反之认为不合格。这是在测试工具极端匮乏和测试技术低下的情况下采用的不得已测试方法。这种原始的测试方法使测试人员“知其然而不知其所以然”，产品的通用性极差，对于产品的改进也没有任何帮助。

2，定量测试

随着技术的发展，测试设备的不断出现并完善，测试技术发展到定量测试阶段。即使用测试仪器，按照设计参数对被测件进行检测，符合规范的即为合格，反之不合格。这是测试技术走向“文明化”的标志，这种测试手段使得产品向标准化发展，同时测试的数据也为产品的改进和换代提供了第一手数据。这种测试手段是当前主流的测试手段。

3，系统化测试

随着经济的发展，对于一款产品来说要测试的参数明显增多了。例如在国标文件《QC T 549-1999 汽车倒车报警器》中规定汽车报警器需要通过的电学测试多达10项，而在整个汽车中这样的模块数十个。在这种情况下，为了兼顾产品品质和生产效率，系统化测试成为了测试工程师的最佳选择。

测试技术分析

现代电子产品的测试就其场所来分基本上都可以分为研发和生产两个部分。而汽车产品本身是由多系统组成的，因此汽车的生产是一个社会分工协作的过程，于是汽车电子的测试分为多个部分：

电子零部件的测试。例如汽车传感器测试；

通信网络测试。例如仪表盘的CAN总线通讯测试；

各个嵌入式控制器测试。这些模块都是典型的嵌入式设备；

其他电子设备测试。例如汽车门锁、汽车钥匙、胎压、车载收音机、离合器等。

每个部分的测试技术和方法都有自己的特点，而控制器则是典型的嵌入式设备，其测试手段也和通常的嵌入式设备测试大同小异，在这里不做分析，下面针对余下三个方面一一分析介绍。

电子零部件测试

汽车上使用了众多的电子零部件，例如广播天线、各种传感器、各种灯具等。而考虑到零件生产测试的独立性和部件在汽车上的使用情况，下面着重分析汽车传感器及其测试技术。

图四 NS-B型压力传感器

传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转状况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。根据传感器在汽车中的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器。不同类型的传感器在汽车上也会有许多不同的应用，

例如压力传感器。汽车压力传感器有很多种，用途也不一样：

1、机油压力传感器——用于测量润滑油的压力；

2、燃油压力传感器——用于测量燃油泵后的燃料管内燃油压力；

3、共轨压力传感器——测量柴油发动机共轨喷射系统中轨内燃油压力；

4、车用空调高低压传感器——测量车内空调系统中冷凝剂的压力；

5、空气压力传感器——用于测量进气、增压涡轮后端以及进气歧管内空气压力；

6、胎压传感器——测量轮胎内气压；

7、缸压传感器——测量汽缸内压力；

8、差压传感器——测量尾气颗粒捕捉器两端压力差；

9、刹车压力传感器——测量刹车液压或气压压力。

传感器的输出信号类型主要有：

电压。例如绝大多数的压力传感器输出的是直流电压，电压范围通常在0.5～4.5VDC；

图五爆震传感器输出的信号（CH4）

电流。例如上海某仪表厂的NS-I1型压力变送器输出电流为4～20mA；

频率。大部分转速传感器以及扭矩传感器输出的信号为频率。例如JN338型扭矩传感器输出的就是10K～15KHz的频率信号；

波形及其他类型。例如北京某发动机研究所设计的爆震传感器输出的就是一个类似于噪声的波形。

传感器测试对设备的要求最主要的一点就是精度，因为传感器输出的信号范围相对来说比较小，而测试范围却比较大。拿NS-I1型压力传感器来说，首先其输入压力范围最高可以从0到100MPa，而输出只是4～20mA，1uA换算出来的绝对压力值将近5Kpa；其次，传感器本身要求的精度为0.1%，那么对测试设备的要求就远远优于这个指标，因此适合传感器测试的设备主要为高精度数字万用表。例如RIGOL的DM3068万用表，其20mA直流电流测试精度达到0.05%/年，直流电压精确度更是达到了0.0035%/年。

图六RIGOLDM3068高精度数字万用表

与传感器工作在一起的是信号处理单元和执行机构，在这些机构的设计过程中需要以传感器设计输出信号作为激励，再测试电路的响应以及执行机构的运行状况。而在实验室环境让一些传感器实时输出信号作为激励是不现实的，例如机油压力、燃料压力等传感器，这就给产品设计和测试带来了第一个技术上的挑战：激励信号的模拟问题；有些实验是要基于较长时间的动态信号，而要模拟这个信号就需要首先捕捉这个信号，那么就需要仪器有较长的记录范围，而测试信号波形的仪器首选示波器，反映在示波器中就是波形存储深度这个参数。

图七转速传感器与处理电路单元

在这个应用过程中，需要采用示波器采集——信号源模拟的模式，仪器设计者发挥自己的聪明才智，设计了一个“无缝互联”的功能。即：使用数据线（有的使用U盘中转一次）连接示波器和信号源，然后直接将示波器采集到的信号波形数据传输给信号源，让信号源直接模拟这个信号。

表一传感器测试对于仪器的要求

综上所述，整个传感器测试的过程中对仪器的要求有以下几点：

通信网络测试

汽车的各个电路模块和控制单元是通过汽车通讯网络连接在一起进行工作的，而在汽车中最常用的网络协议，当属CAN总线了。

CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。在汽车中，CAN总线担负着连接传感器终端和控制单元、执行机构，使整个汽车系统呈现一体化、网络化的重要责任，其传输速度可以达到1Mbit/s。当然在不同的系统间其位传输速率有可能是不一样的。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

l 网络各节点之间的数据通信实时性强

l 开发周期短

l 已形成国际通用标准

图八 CAN总线在整车管理系统中的结构

在CAN总线的测试过程中，我们往往关注以下几个方面的参数：

1，CAN_L和CAN_H的对称性

CAN总线的两条数据线呈差分方式传输，分别命名为CAN_H和CAN_L，他们以2.5V电压为对称中心分布。在实际的系统中，这两条线可能会因为传输延迟、毛刺等原因造成不对称，导致数据传输异常。

图九不带载的CAN总线信号

2，CAN解码

对于一个总线信号，在测试过程中不可避免的要对总线上传输的数据进行解析，因此就需要测试设备具备对CAN总线解码的功能。

3，“眼图测试”

CAN总线在传输过程中会因为负载效应，两条数据线分别被拉低和抬高，形成了类似于光纤测试中眼图的效果，而CAN总线的测试也需要测试这个“眼睛”的张开程度，即图九中CAN_L（蓝色线）的高电平减去CAN_H（黄色线）的低电平的幅度。

图十某汽车仪表盘CAN总线测试现场

CAN以外，汽车上常用的总线协议还有LIN总线和FlexRay总线，其测试手段和CAN总线有相似之处，在这里不再介绍。

其他电子设备测试

在汽车上除了用到车身控制器、仪表盘、传感器等等通用设备以外，根据汽车的配置不同，还会配备有其他的一些电子设备。例如汽车遥控门锁、制动器、车载音响、点火器等等。这些设备的测试往往有自己的特点。

老化测试或者耐久测试

汽车是在陆地上长时间高速行驶的机电装置，人们对他的安全性能和舒适性能要求比较高，因此对于某些装置需要进行老化和耐久测试，以验证装置的可靠性和安全使用期限。在这种测试需求的装置中，最典型的就是制动器，俗称刹车。

制动器分为摩擦式和电磁式等多种类型，汽车中常用的是摩擦式制动器。制动器测试的时候需要测试多路信号，例如转速传感器的信号、电源信号、制动力矩（通过力矩传感器）等，因此需要多通道示波器；而在进行耐久性测试的时候往往需要连续不断的测试数十万次，而人工测试显然很难完成这个艰巨任务，因此需要自动化测试系统来完成这项工作。

图十一制动器自动化测试现场

高压测试

汽车点火器的测试是整个汽车测试中唯一的高压测试。

点火线圈在点火时会产生上万伏的瞬间电压，测试这个点火波形的时候主要测试下面几个参数：

1、电压

点火器的输出电压必须大于一定的限值，否则难以激发出电火花，造成点火失败；

2、波形

点火器的电压波形应该呈现单脉冲式（有的型号呈现出连续多脉冲的波形），脉冲不能出现震荡，否则可能有漏电；

图十二点火器正常波形和漏电波形

3、脉宽

点火脉冲需要持续一段时间，否则可能因为电火花持续时间过短，而造成点火失败。

图十三 点火器自动化测试平台

频域测试

汽车中遥控钥匙和广播天线等设备的测试需要测试频率准确度，发射功率，调制度；对胎压检测模块还需要确定接收灵敏度指标。这些测试可以用频谱分析仪和射频信号源完成。

RIGOL是业界领先的，从事测量仪器研发、生产和销售的国家高新技术企业，是中国电子仪器行业协会、中国仪器仪表协会会员。公司已申请发明专利超过500项，填补了多项国家空白。产品远销美、英、法、德、俄、日、韩等70多个国家和地区。