《電子技術(shù)應(yīng)用》
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NI測(cè)試平臺(tái)和生態(tài)系統(tǒng)推進(jìn)汽車的電氣化

2018-10-23
關(guān)鍵詞: NI 生態(tài)系統(tǒng) 電氣化

  馬自達(dá)使用軟件定義的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),,推進(jìn)汽車的電氣化,,并且降低了90%的測(cè)試成本

  "利用NI測(cè)試平臺(tái)和生態(tài)系統(tǒng),我們不僅成功開發(fā)了HILS,,而且還成功開發(fā)了機(jī)器人,、圖像處理系統(tǒng)、語(yǔ)音合成系統(tǒng),、噪聲模擬器和GPS模擬器,,進(jìn)而搭建了一個(gè)集成的電子組件自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。 手動(dòng)操作和結(jié)果判斷相關(guān)的工時(shí)減少了90%,,每年節(jié)省了數(shù)億美元的成本,。"

  挑戰(zhàn)

  構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng),從頭到尾全面檢驗(yàn)邏輯并評(píng)估相互協(xié)作的電子元件的魯棒性,,包括相關(guān)操作和結(jié)果判斷,。

  解決方案:

  基于NI平臺(tái)使用PXI產(chǎn)品、可重新配置的I/O模塊(FPGA)和LabVIEW構(gòu)建HILS系統(tǒng),,并集成噪聲模擬器,、GPS模擬器和語(yǔ)音合成系統(tǒng)等其他元件來評(píng)估魯棒性,同時(shí)集成機(jī)器人和圖像處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)任務(wù)自動(dòng)化,。

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  馬自達(dá)使用軟件定義的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),,降低了90%的測(cè)試成本

  背景介紹

  眾所周知,汽車正在快速融入越來越多的電子產(chǎn)品,。 從自動(dòng)雨刮器和門鎖開始,,電子產(chǎn)品已經(jīng)成為許多汽車組件的一部分,包括照明、空調(diào),、動(dòng)力總成,、信息娛樂系統(tǒng),甚至各種安全系統(tǒng),。 一開始,,汽車僅配備了幾個(gè)CPU。 而現(xiàn)在,,汽車中的CPU數(shù)量已近百。

  為了向客戶提供高品質(zhì)的產(chǎn)品,,馬自達(dá)電子測(cè)試和研究團(tuán)隊(duì)需要評(píng)估所有電子元件的“邏輯”和“魯棒性”,。 '邏輯'是指每個(gè)電子組件的功能。 而要理解“魯棒性”這一概念,,首先需要認(rèn)識(shí)到電子元件的工作環(huán)境并不總是處于理想狀態(tài),。 例如,元件可能會(huì)暴露于極端的條件下,,如電源電壓發(fā)生波動(dòng),、噪聲級(jí)別較高或輸入信號(hào)不理想。 “魯棒性”是指組件在極端環(huán)境中正常工作的能力,。 換句話說,,我們希望評(píng)估每個(gè)電子元件對(duì)這些惡劣條件的承受力。

  挑戰(zhàn)

  電子元件的邏輯和魯棒性一直都在評(píng)估的范疇內(nèi),。 過去,,僅有幾種電子元件執(zhí)行簡(jiǎn)單的功能時(shí),元件在專門準(zhǔn)備的環(huán)境中單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試,。 然而,,隨著電子元件的多樣性和功能復(fù)雜性不斷增加,這種操作漸漸露出弊端,。 現(xiàn)在,,多個(gè)電子元件系統(tǒng)之間會(huì)進(jìn)行通信,并且一個(gè)系統(tǒng)的操作越來越依賴于來自其他系統(tǒng)的結(jié)果,。 除了逐個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試外,,還必須進(jìn)行多系統(tǒng)測(cè)試才能有效地評(píng)估此類系統(tǒng)的功能。 此外,,還必須評(píng)估系統(tǒng)的魯棒性,。 然而,隨著各種組件和單元的不斷增加,,要評(píng)估的項(xiàng)目數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng),。 因此,我們很清楚評(píng)估系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,。

  十年來,,馬自達(dá)一直意識(shí)到這些需求,, 但是卻找不到滿足所有需求的評(píng)估系統(tǒng)。 鑒于這種情況,,我們決定正面解決這個(gè)問題,。 換而言之,我們決定開發(fā)一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)來從頭到尾徹底驗(yàn)證邏輯并評(píng)估相互協(xié)作的電子元件的魯棒性,。

  解決方案/優(yōu)勢(shì)

  我們需要開發(fā)的系統(tǒng)將會(huì)非常龐大且復(fù)雜,。 因此,開發(fā)工作預(yù)計(jì)需要幾年時(shí)間并分階段完成,。 圖1是第一階段的示意圖,。 Stage-1系統(tǒng)由以下元素組成:HILS(硬件在環(huán)仿真)引擎、機(jī)器人和圖像處理系統(tǒng),。 對(duì)于HILS引擎,,NI HILS系統(tǒng)由NI PXI(面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展)產(chǎn)品和RIO(可重配置的I/O)模塊組成。 我們基于LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái),,開發(fā)了在這些硬件產(chǎn)品上運(yùn)行的軟件,。

 

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 圖1.第一階段的示意圖

  將HILS納入此系統(tǒng)的原因如下。 首先是馬自達(dá)一直朝著“全球首創(chuàng)”的目標(biāo)努力,。 比如,,馬自達(dá)致力于推進(jìn)基于模型的解決方案的開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用,以保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),。 鑒于這種創(chuàng)新文化,,在可能的情況下,我們當(dāng)然希望利用模型來評(píng)估電子元器件,。 但是,,我們知道有些組件根本無法建模。 雖然對(duì)于不適合建模的零件,,我們可以采用其他系統(tǒng),,但最終我們決定擴(kuò)展HILS系統(tǒng)的功能。 由于NI PXI平臺(tái)適用于構(gòu)建各種測(cè)試系統(tǒng),,因此我們可以在一個(gè)系統(tǒng)上同時(shí)構(gòu)建HILS部分和擴(kuò)展部分,。

  有些組件無法建模,而人機(jī)界面的開發(fā)也非常具有挑戰(zhàn)性,。 對(duì)于無法建模的組件,,我們舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子——速度計(jì)。 想象一下速度表顯示車速值為“50公里/小時(shí)”,。 在這種情況下,,控制器將顯示“50公里/小時(shí)”的命令作為電信號(hào)發(fā)出。 這種信號(hào)可以在模擬過程中進(jìn)行評(píng)估,也可以在實(shí)際車輛上進(jìn)行確認(rèn),。 只要系統(tǒng)運(yùn)行正常,,基于接收到的信號(hào),速度計(jì)會(huì)顯示'50 km/h',。 然而,,為了檢查實(shí)際是否顯示'50km/h',需要駕駛員目視確認(rèn)結(jié)果,。 換句話說,,駕駛員對(duì)汽車信息的感知過程無法轉(zhuǎn)換為模型。 類似地,,駕駛員為了向汽車傳遞信息而執(zhí)行的操作也是無法建模的,。 例如,駕駛員可以按下按鈕來打開/關(guān)閉空調(diào),,或點(diǎn)擊觸摸面板來操作導(dǎo)航系統(tǒng),。 但是我們根本不可能建立一個(gè)模型來準(zhǔn)確地復(fù)制這些操作所帶來的細(xì)微狀態(tài)變化,。

  雖然驗(yàn)證無法建模的系統(tǒng)極具挑戰(zhàn)性,,但秉承馬自達(dá)一貫的宗旨“Be a driver”,我們決定花費(fèi)額外的精力為這些具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域開發(fā)測(cè)試工程策略和方法,。 如上所述,,為駕駛員與汽車之間的交互建模非常困難。 但是簡(jiǎn)單來說,,如果駕駛員要將信息傳達(dá)給車輛(電子部件),,就需要操縱按鈕或其他類型的儀表。 而這種操作需要通過手來實(shí)現(xiàn),。 事實(shí)上,,手動(dòng)執(zhí)行這些測(cè)試是可行的。 但是,,手動(dòng)測(cè)試需要大量的時(shí)間和人力,。 因此,我們制定的自動(dòng)化評(píng)估機(jī)制就非常關(guān)鍵,。 為了滿足這個(gè)需求,,我們開發(fā)了一個(gè)機(jī)器人來操作電子元件。 機(jī)器人通過電腦進(jìn)行控制,,代替人工按下按鈕,,輕觸觸摸面板。 同樣,,我們也需要考慮如何將信息從汽車(電子組件)傳達(dá)給駕駛員,。 回到車速表的例子,傳統(tǒng)的測(cè)試過程由工程師目測(cè)檢查,確定實(shí)際是否顯示'50公里/小時(shí)',。 為了使這部分評(píng)估自動(dòng)化,,我們?cè)黾恿艘粋€(gè)圖像處理系統(tǒng)。 具體來說,,這一自動(dòng)化過程是指使用攝像頭拍攝速度計(jì)的顯示器,,然后提供處理獲得的圖像來確定結(jié)果是否正確。 例如,,如果使用七段LED顯示屏顯示速度,,攝像頭將拍攝LED顯示屏并處理獲取的圖像以識(shí)別數(shù)字并確認(rèn)顯示的速度。 或者,,如果使用指針顯示器來顯示速度,,則圖像處理會(huì)測(cè)量指針的角度,并使用該值來計(jì)算以小時(shí)/公里為單位的速度,。 通過監(jiān)測(cè)和比較來自控制單元和顯示器的信號(hào),,系統(tǒng)可以確定速度是否正確顯示。

  在該系統(tǒng)中,,我們也可以借助軟件使用虛擬系統(tǒng)(虛擬電子部件)來替代每個(gè)電子部件,。 之前我們只能在所有電子元件完成后才能開始評(píng)估,這是一個(gè)很大的限制,。 我們希望盡快開始測(cè)試并獲得結(jié)果,,因此我們會(huì)盡可能使用虛擬電子組件替代實(shí)際組件。 這些虛擬組件不僅能夠像真實(shí)組件那樣工作,,而且外觀和感覺上也非常相似,。 這種利用虛擬組件的能力實(shí)現(xiàn)了靈活的測(cè)試。 視測(cè)試內(nèi)容而定,,僅在必要時(shí)才使用實(shí)際零件;否則,,可以使用虛擬組件替代 。

  上述內(nèi)容描述的都是自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的邏輯驗(yàn)證組件,。 此外 ,,我們需要增加更多功能來評(píng)估魯棒性。 馬自達(dá)非常重視驗(yàn)證魯棒性;我們并不止于簡(jiǎn)單地確定邏輯是否正確,。 在馬自達(dá),,魯棒性的評(píng)估首先需要確定在邏輯正常運(yùn)行情況下組件接近其極限的條件,然后確定余裕量,。 產(chǎn)品是否合格的余裕量根據(jù)內(nèi)部獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)確定,。 這一評(píng)估過程使公司能夠提供出色的用戶體驗(yàn),同時(shí)也為馬自達(dá)及其供應(yīng)商的設(shè)計(jì)部門提供精確的反饋,。

  在所有用于測(cè)試魯棒性的條件中,,最具代表性的條件是電源電壓波動(dòng)和高噪聲環(huán)境,。 例如,我們可以改變電源電壓來確定所評(píng)估的電子部件發(fā)生故障的臨界點(diǎn),。 為了評(píng)估高噪聲條件下的魯棒性,,第二階段的系統(tǒng)增加了一個(gè)噪聲模擬器(見圖1)。

  然而,,不利條件下的邏輯性能并不是魯棒性評(píng)估的唯一指標(biāo),。 例如,車輛功能包括使用語(yǔ)音命令來操作車輛,。 這也是在魯棒性評(píng)估的范疇內(nèi),。 為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),系統(tǒng)中增加了語(yǔ)音合成系統(tǒng),。 該系統(tǒng)兼容日文和英文兩種語(yǔ)言,,并且會(huì)以各種不同的聲音發(fā)出聲音命令,包括男性或女性,、年輕人或老年人,,因?yàn)椴煌曇艟哂胁煌膹?qiáng)度,發(fā)音清晰程度也不同,。 我們需要評(píng)估系統(tǒng)的魯棒性,,以確定在不同的條件下指令能夠被正確識(shí)別的程度。

  第三階段增加了GPS模擬器,。 這個(gè)GPS模擬器主要用于生成日本境內(nèi)不同位置的GPS坐標(biāo)的模擬無線電信號(hào),。 這使我們無需實(shí)際前往各個(gè)地點(diǎn)就能夠進(jìn)行模擬評(píng)估,。 我們希望在不斷改變GPS模擬器的無線電波強(qiáng)度的情況下評(píng)估系統(tǒng)正確運(yùn)行的能力,。 換句話說,這是另一個(gè)要評(píng)估的魯棒性要素,。 請(qǐng)注意,,對(duì)于第三階段,,操作機(jī)器人已升級(jí)為能夠一次性觸摸或輕敲多個(gè)位置,。

  在第四階段,我們對(duì)GPS模擬器進(jìn)行了升級(jí),,可進(jìn)行全球定位,。 另外,,語(yǔ)音合成系統(tǒng)增加了西班牙語(yǔ)支持。 此外,,我們?cè)黾恿艘粋€(gè)藍(lán)牙信號(hào)分析儀和一個(gè)用于檢測(cè)安全漏洞的模糊測(cè)試工具(參見圖2),。 但是,具有上述所


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