汽车仪表盘测试验证方法研究

张效铭

摘 要：本文针对过去人工测试汽车仪表效率低的现状，提出一种高效的实验室测试方法。该方法将硬件在环和机器视觉技术相结合，能有效地模拟整车测试环境并完成被测电控单元的自动化测试流程。实验结果表明，此实验室测试系统能实时模拟整车环境并通过智能相机进行实时采集和视觉分析，用上位机控制整个检测流程，进而实现在模拟实际运行情况下对汽车仪表的自动化检测。

关键词：硬件在环 机器视觉 自动化测试 模拟整车环境

一、研究背景

汽车行业是我国重点发展的产业之一，它自诞生以来，已经有一百多年的历史。传统的机械结构经过多年的发展和完善，已经接近技术的极限，很难有更大的改进余地。而法律对汽车排放、安全性能的强制规定以及顾客对汽车舒适性、安全性的更高要求，使汽车上的电控特征明显增强，汽车电子部分已经占整体汽车制造成本的20%～30%，正在蓬勃发展的新能源汽车对于电子系统的需求更是不言而喻。汽车电子系统在汽车中所占比重将越来越大，而作为汽车电子控制系统中科技含量最高的部件ECU，则是电子装置的核心，是利润最大的器件。过去的整车测试方法已很难满足人们的需求。

一辆典型的现代轿车包含超过50个电子控制单元（ECU）。在这些电控单元中，仪表盘是汽车的重要组成部分，也是汽车正常行驶过程中不可缺少的关键配件，在汽车行驶过程中，仪表盘负责呈现汽车状态的各种数据，主要包括车速里程表、转速表、水温表和燃油表及各种状态指示灯等。早期的汽车仪表使用技术较为单一，基于机械作用力而工作的机械式仪表作为主要工作对象，机械式仪表盘只能为驾驶员提供汽车运行中必要而又少量的数据信息，功能仅仅是单纯的指示，外观也比较单一，同时指示精度和指针平稳性较差。随着LED、LCD的大规模应用，LED汽车仪表逐渐成为市场的主流，并快速向TFT屏显示加步进电机的方向发展。作为汽车在行驶过程中的状态反馈界面，仪表盘是驾驶员在行驶过程中获取汽车状态的重要渠道，通过观察仪表盘呈现的各种数据，驾驶员可以判断汽车在当下的工作状况，从而可以帮助驾驶员进行正确的操作来确保驾驶的安全性和正确性。同时，仪表系统可与局域网相连，以便充分共享利用信息资源，方便通讯。包括对娱乐、空调等娱乐设施进行监管的功能，可以有效地支持驾驶员对行驶车辆的操控。因此，对仪表盘各功能模块的验证测试，已成为汽车整车测试中必不可缺的重要部分。

二、技术方法

为了能在实验室环境下实现汽车仪表盘的自动化测试，首先需要模拟一个真实的整车环境。硬件在环技术是一种基于模型仿真的新型测试方法。硬件在环技术是将车辆行为在虚拟的环境下进行实时仿真，已经广泛应用于多种ECU的设计验证中。本文所述的汽车仪表盘测试验证方法的技术路线如图1所示。它主要由基于硬件在环的实时仿真器、机器视觉系统、低电压仿真电源及自动化测试软件等4个部分组成。

1.实时仿真器

作为主控制单元，运行模拟汽车仪表盘的仿真模型，以产生一个虚拟的运行环境，对被测电控单元进行功能验证测试。

2.机器视觉系统

代替人眼实现对汽车组合仪表响应的自动检测。主要是开发图像处理算法来实现模式识别、字符识别（如里程表显示）、色彩识别（如指示灯的状态检测）、位置识别（如车速表的速度指示）等。

3.低电压仿真电源

用于产生模拟汽车运行时电源低电压的情况，以实现对被测电控单元可靠性、鲁棒性的测试。

4.自动测试软件

包括如下工作：提供控制界面，以实现手动，可选择的单项测试操作;测试案例编写;根据测试案例实现全自动测试，自动生成测试报告。

三、实验及结果分析

1.实验设置

实时仿真器是基于xPC Target平台设计，仿真模型的开发在MATLAB/Simulink环境下完成。其中功能模型由Simulink结合Stateflow产生，接口模型和网络模型由Simulink产生，外围执行模型由SimPower和SimMechanics产生。汽车仪表盘主要包括：

（1）报警指示灯;

（2）指针刻度表：车速表，发动机转速表，冷却液温度表，燃油表;

（3）液晶显示：车辆状态液晶显示，驾驶信息液晶显示，小计和累计里程液晶显示，倒车雷达液晶显示，挡位液晶显示;

（4）仪表背光照明;

（5）蜂鸣器提示音。

汽车启动后，软件控制的报警指示灯将根据定义自检，自检方式为点亮3秒。步进马达控制仪表指针移动，步进马达是由带步进马达驱动端口的仪表微处理器驱动的，微处理器控制步进马达的偏转角度。步进马达的解析度为1/12度。步进马达的运动应当是均匀的、平稳的，指针在任何情况下都不应该出现跳跃、晃动的现象。某型号汽车仪表盘各单元模块的信号量控制方式如下表所示。

在系统通讯上，将实时仿真器与汽车仪表盘的ECU相连，在主机上建模，模型建完后编译生成可执行文件，将可执行文件通过TCP/IP通讯下载到仿真测试设备中，实时地运行模型。仿真器通过模拟传感器接收到的信号来控制仪表盘指示灯的亮灭、指示灯的颜色变换、仪表指针的转动和字符等，主机通过RS232通讯控制相机，用智能相机代替人眼将检测的结果通过TCP/IP通讯发送到主机，主机对接收到的结果进行判断。

2.实验结果分析

使用python编写自动化测试脚本控制指示灯自动化测试整个流程。该型号仪表盘包括22个指示灯，每个指示灯的测试流程基本一致。以右转灯为例，第一步为点火时状态检测，汽车点火自检时部分指示灯参与自检过程，应当检测指定的指示灯能否保持3秒的点亮状态。第二步为开关点亮检测，当开关打开时用智能相机检测指示灯能否被点亮。第三步验证指示灯的颜色，有的指示灯在不同的环境下可能显示不同的颜色状态。第四步验证指示灯的闪烁频率。第五步为开关熄灭检测，当开关关闭时用智能相机检测指示灯能否熄灭。五步结束后点火状态取消，回归到仪表初始状态。

最后在局域网环境下通过TCP/IP协议将汽车仪表的实时检测结果发送到上位机上进行判断，如果处理结果与预期结果相符则认为是通过passed，否则为失败failed。将每一步测试结果用一个变量表示，例如passed为1而failed为0，如果每一步测试结果都为passed即result1+result2+result3+result4+result5=5，可以判定右转灯模块测试结果为“通过”。

四、结论

本文所述的汽车仪表盘测试验证方法最大的特点是可以在实验室的环境下模拟真实的整车环境，并用一个智能相机实时采集和处理汽车仪表的状态信息，整个实验平台在局域网的环境下进行，以進行方便的数据通讯和自动化流程的实现。该系统集成了硬件在环和机器视觉技术，用户可以很方便地在上位机界面上进行手动功能测试，另外可以编写python脚本程序控制自动化测试流程并将各模块的测试结果统计到生成的测试报告中。多次实验证明，该自动化测试平台能很好地对汽车仪表盘的指示灯、指针、液晶屏显示等模块进行验证，模拟的汽车点火时段也能方便地对仪表的电磁兼容性进行测试。该自动化测试平台能根据各模块的测试需求自动完成检测过程。

参考文献：

[1]张炳力，杜红亮，金朝勇，赵韩，冯有成，周小华. 6AT控制器的快速控制原型及硬件在环仿真研究[J]. 汽车工程，2011（8）.

[2]邓涛，孙冬野，秦大同，胡丰宾，刘永刚.基于Simulink与veDYNA联合仿真平台的AMT硬件在环试验研究[J].汽车工程，2011（5）.

[3]高树健，陈丁跃，公伟强，李鹏.硬件在环测试在电动汽车驱动总成上的应用[J].车辆与动力技术，2012（4）.

（作者单位：嘉兴技师学院）