CRH3型动车组电子控制单元自动测试系统的设计与开发

张 翔，杨光威，张顺广，居法云，陆云云

（1 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081；2 北京航天测控技术开发公司，北京100037）

CRH3型动车组采用的SIBAS32系统（带32位微处理器的铁路自动化系统）是针对铁路交通车辆而研发的一种模块化控制系统，具有调整和逻辑控制功能，其主要应用于牵引控制单元（TCU）和中央控制单元（CCU）上。TCU用于动车组牵引变流器的控制、监视和保护，实现列车合理有效的牵引和再生制动。CCU负责动车组的车辆控制、通讯和诊断，从外围和列车总线（WTB）、车辆总线（MVB）读取指令和信息，并向列车总线、车辆总线和外围发送控制信号和反馈信息。

TCU和CCU均采用模块化设计，系统的功能被划分成各个功能模块，例如中央处理单元、通讯接口模块和输入输出模块。满足用户控制要求的模块作为带有面板的单元被安装在标准的机箱里，组成电子控制单元，从而实现了标准化、规模化的生产，也为后期的运行和维护提供了便利。在TCU、CCU及其中的电路板做出厂性能测试和定期维护时，需要对其进行离线测试，目前国内采用的测试仪器是分立仪器和测试工装组成的半自动测试台，需要依靠人工操作仪器进行测试，对测试人员的技术水平和工作经验都有较高的要求，存在误操作、效率低、人力成本高等问题，严重影响了动车组电子控制单元产品的国产化进程和质量。

为此，中国铁道科学研究院机车车辆研究所与北京航天测控技术开发公司共同合作，归纳总结电子控制单元系统级和板级的测试需求，研制了一套基于先进VXI总线的电子控制单元自动测试系统。该测试系统实现了TCU、CCU整车及其板卡的离线自动测试，有助于对其性能做出准确的判断，提高了测试效率，避免了人为失误，实现了生产测试以及故障诊断的自动化。

1 测试系统总体设计

CRH3型动车组电子控制单元自动测试系统遵从实用性、可靠性、先进性、经济性的原则，按照通用化、系列化、组合化的设计思想，以先进的VXI测试总线设备为核心，辅以总线接口台式仪器，采取通用硬件／软件测试平台的形式，实现具有较高性价比的自动测试系统。

测试系统主要由硬件平台、系统软件平台和测试程序集TPS 3大部分组成。硬件平台给测试任务提供物理资源。软件平台为测试程序提供开发、调试及运行环境。TPS主要包括系统级TP、板级TP和自检TP 3类，完成对被测对象软、硬件设计和测试文档的管理。测试系统组成示意图如图1所示。

测试系统的总体功能是完成TCU、CCU及板级全部功能和性能指标的性能检测，并预留板级故障诊断测试的功能接口。

图1 测试系统组成示意图

2 测试系统硬件平台

根据动车组电子控制单元测试需求和系统费效比，建立了以VXI测试总线为主，LAN总线和RS485总线为辅的开放总线测试体系结构，如图2所示。

其中台式仪器数字源表、数字示波器、波形发生器和功率放大器由计算机LAN口通过集线器HUB控制；程控电源和信号调理由RS485控制，VXI总线仪器通过零槽控制器的1394总线控制。系统资源通过通用测试适配器接口和专用适配器实现对组合的测试和自检的执行。

图2 系统硬件结构示意图

硬件设备配置主要有：工控机、VXI测控组合、台式测试仪器、直流程控电源、加电控制组合、调理组合、专用接口连接适配器组合（ICA）、通用测试接口适配器（ITA）、自检装置等。

其中主控计算机是整个系统的控制单元，是自动化测试系统的神经中枢，存储在计算机中的程序统筹控制自动测试系统的测试过程，进行数据处理和记录，以及运用故障检测知识，对工作状态进行判断；VXI测控组合主要由VXI机箱和VXI总线仪器组成；台式仪器主要由功率放大器、示波器、波形发生器和高精度数字源表来弥补VXI总线仪器在功能和使用上的不足；调理组合主要由64通道高压继电器开关、电阻负载、测试信号调理组成，为本系统专用测试资源；程控电源共6路，主要用于提供被测对象供电；加电控制组合用于系统供电控制，并提供过压、过流保护；测试系统测试接口VPC主要包括ICA和ITA两部分，测试适配器根据被测对象的测试需求分为组合测试适配器和电路板测试适配器两种，用于以符合被测对象测试需求的方式提供系统的测试资源。在板级测试时，被测对象通过专用适配板与电路板测试适配器提供的测试资源适配，其中专用适配板主要用于适配一类或几类电路板。

3 测试系统软件实现

3．1 软件平台的原理及组成

软件平台采用北京航天测控技术开发公司开发的Fault Doctor2．0电路板测试与故障诊断通用软件平台，能够实现对多种类型的电路板级和系统级的测试诊断开发与执行。

本测试系统软件平台是一种面向信号的测试程序开发环境，采用软总线、动态加载、COM接口等先进技术，可实现仪器互换、测试参数库、外挂模块、运行界面定制、TPS版本控制、多关键字查询、分布式数据查询等功能。软件平台具备独立的TPS开发环境和TPS执行环境，可完成电子设备系统级和板级产品的功能测试。同时，软件平台采用图形化TPS编辑环境，提供一个通用开发环境，能够完成不同类型系统级和板级的功能测试，提高了工作效率和开发质量。

本系统软件平台在板级测试和系统级测试的工作原理如图3所示。软件平台通过开发完成的板级TP和系统级TP控制相应的测试仪器资源加载激励和采集响应完成测试。

软件平台从功能上主要由5大部分组成：TPS开发、TPS执行、升级维护、平台管理和统计分析，其示意图如图4所示。

TPS开发平台主要完成系统级和板级的开发。开发平台在提供图形化的编程语言外，还提供TP开发所需的仪器、测试分析、注释等工具。

图3 软件平台测试原理

图4 软件平台功能组成图

TPS执行平台主要完成系统级和板级的执行。执行平台对被测对象的TP分类管理，并提供相应的管理工具（搜索等功能），可根据选择的测试TP执行相应的操作完成测试，以报表的方式给出测试结论。

平台升级维护主要完成软件平台的升级和维护，平台软件采用模块化设计思想，在平台升级和维护时，只需增加和修改相应的COM组件，系统自动完成软件升级和维护，无需重新编译。

平台管理主要完成软件平台的管理，主要是指平台安全管理。

统计分析主要完成测试数据的管理，包括查询、分析和统计等功能。

3．2 TP开发流程设计

TP开发是软件平台的核心部分，TCU、CCU及电路板的每一项被测性能参数都体现在相应的TP中，在完成了仪器的软件封装、形成COM组件后，TP开发主要分为以下3个步骤：

（1）被测对象分析

分析被测对象的需求，建立测试所需的信号通道，选择性能检测所需的激励仪器资源和测量仪器资源，确定仪器使用的先后顺序及合格判据范围。

（2）TP编写

依据被测对象的分析和适配器、转接板的设计，在TP开发平台中编写界面及测试流程TP。

（3）TP测试

在TP编写完成后，需要在开发环境中与硬件联调，测试所编写的TP是否可以完成对被测对象的性能检测。

TP开发流程如图5所示。

图5 TP开发流程图

软件平台TCU组合测试流程TP开发界面图如图6所示。

图6 软件平台开发界面图

3．3 测试结果的输出

在测试流程TP开发完成后，就可以启动TPS的执行平台，对被测系统或板卡进行功能检测。在完成所有的检测步骤后，软件平台会自动输出一份测试报告，详细列举所有的测试结果，实现全自动的诊断。功能测试报告实例如图7所示。

4 结束语

CRH3型动车组电子控制单元自动测试系统充分发挥了VXI总线仪器的优势，除了能够完成TCU、CCU组合和电路板的自动性能测试，用于生产测试，还可以依靠测试与故障诊断通用软件平台实现板级故障诊断测试，实现维修诊断测试。

图7 功能测试报告实例

本系统软硬件采用模块化设计，满足系统的扩展性要求，大大提高了TCU、CCU及板级的测试精度和测试速度，是我国第一套国产化CRH3型动车组电子控制单元自动测试平台，并能扩展到机车以及城轨车辆领域其他型号列车的电子控制单元测试。