汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

2023-03-22 10:50阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/5192151605

CAN(Controller Area Network)总线作为当前主流的车载通信网络，其可靠性与稳定性对于整车功能的正常运行至关重要。本文介绍一种总线网络自动化测试系统，能实现整车CAN总线网络通信和诊断的自动化集成测试，大幅提高了测试效率和精度，降低了测试的工作强度，同时保证了测试的一致性。
CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，是目前市场上主流的总线类型。汽车CAN总线网络系统作为整车电子电气件的“通信高速公路”，其可靠性与稳定性对于整车功能的正常运行至关重要；因此，加强总线网络系统的测试与验证十分重要。
汽车总线网络系统的测试与验证，因其系统中ECU模块的增加，测试项目和内容较多。仅一个ECU就需要设计几千个测试用例，在1

个车型上就能够达到几万个测试用例。同时测试的周期长轮数多，工作量巨大。另外，ECU越来越复杂的测试内容，传统单一的测试手段显得力不从心。总线网络自动化测试系统，使繁重的测试工作能够自动化运行，大幅提高测试效率，降低测试的工作强度。同时，自动化系统能够通过扩展的接口接入包含多个ECU的整车台架，从而实现整车网络的自动化集成测试，不仅能够提高整车网络的测试效率，而且也能够实现更接近于实车环境的网络相关测试。
（一）系统总体方案
1、系统功能
依据汽车CAN总线的ISO11898ISO15765ISO14229等国际标准以及相关的企业标准，汽车CAN总线自动化测试内容包括网络通信测试和诊断测试。
网络通信测试主要内容有:
物理层测试，CAN总线电平测试位时间测试采样点测试和地偏移测试；
数据链路层测试，帧类型测试扩展帧/远程帧验证数据长度验证；
交互层测试，报文传输/周期验证报文偏差测试报文延迟(最小/最大延迟)测量事件触发报文测试和信号缺省值验证；
网络管理测试，网络休眠/唤醒网络启动/关闭网络配置参数测试和网络失败后进入“跛行”模式测试；
网络故障测试，CAN_H/L断CAN_H/L对电源短路CAN_H/L对地短路CAN_H对CAN_L短路电压过高测试和电压过低测试。
诊断测试的主要内容有:
服务测试，肯定应答否定响应码Session测试和安全级别测试；
数据测试，DIDDTC；
流程测试，RoutineSequences；
刷新测试，Reprogramming。
2、系统原理
为实现整车CAN总线的自动化测试，系统基于NI以及一些继电器调理板卡等硬件与被测ECU进行连接，实现网络相关通信。通过扩展的接口，系统能够支持多个ECU的同时接入，实现多ECU的网络通信。下图中给出的是CAN总线网络自动化测试的解决方案系统图。

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

工控机通过运行上位机程序，进行人机交互和硬件驱动。CAN总线模块包括用于总线监听的Tellus诊断测试的ETS以及用于测量采样点和Busoff恢复测试的CANSpider。汽车总线协议测试仪Tellus，支持CAN/LIN总线监测负载统计错误帧识别数字IO监测数据图表显示和数据记录，能进行汽车总线硬件仿真(CAN周期报文自动发送，LIN按照调度表自动仿真)编写测试框架及生成测试报告。通过编写测试用程序，结合LabVIEW软件控制，能够实现测试用例之间的逐条自动测试，从而提高测试可配置性和自动化测试程度。ETS诊断测试系统，能够进行诊断服务物流数据读取故障码读取强制输出图形化参数显示和总线监测；支持整车配置数据刷新数据加密和权限管理；提供自动化导入诊断数据库的诊断自动化测试。CAN总线干扰发生器CANspider实现了一个高性能的CAN总线测试环境，它不仅可以针对特定的节点进行测试，还能对整个CAN网络进行测试。通过CANspider能够对CAN总线施加任意和可重现的干扰。电源模块主要包括为被测ECU提供KL30和KL15的可编程电源和为调理测试模块供电的开关电源。调理测试模块的作用在于模拟输入信号和输出负载，其中有电平检测地偏移测试模拟负载等。继电器模块主要由不同作用的继电器组成，从而实现对其他相关硬件的控制。硬件接口采用NI的数字模拟IO板卡，能够实现数字模拟信号的输入输出。
系统软件选用虚拟仪器软件LabVIEW，通过软件设计，实现CAN线物理层电平地偏移电压过高/过低和故障测试；结合Tellus和ETS系统，能够实现数据链路层交互层的网络通信测试，能够根据测试规范编写的测试用例，逐条进行单个ECU或整车网络的自动化测试，生成详细的测试报告。
（二）硬件设计

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

上图给出了汽车CAN总线网络自动化测试的详细硬件原理图。其硬件环境见下表。

汽车CAN总线自动化测试系统硬件环境
仪器	功能	仪器	功能
Agilent 5745A	为ECU或整车台架供电	PCI-6509	提供DIO资源
开关电源	为继电器和输入I/O和输出I/O供电	Tellus	提供2路CAN接口，发送和接收报文
CANSpider	总线故障模拟	PC	工业计算机
USB-5132	检测总线电平，捕获总线波形	PCI-GPIB	GPIB总线控制器
PCI-6259	提供模拟输出/输入以及DIO资源	调理测试板卡	提供继电器，负载，电流放大等功能

输入I/O端口提供最大30路输入信号给DUT或整车台架。输入信号是低电平还是高电平由程序控制继电器实现(如下图)。

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

输出I/O端口提供最大20路输出信号给被测ECU或整车台架。每路端口可以通过跳线选择是上拉还是下拉，用以匹配系统的高低端输出；测试所需产生的断路短路等故障也由继电器控制实现(如下图)。

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

信号调理是将DIO端口引入，通过板上晶体管放大后驱动下级继电器(如下图)。

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

在地偏移测试中，将两个ECU接入CAN总线中，使用两电源分别对两个ECU进行供电，将两个电源正极相连，产生一个相等的电势。使一个电源保持稳压正常12V供电，此时调节为被测ECU供电的电源电压，使ECU产生地偏移，同时用Tellus检测总线是否能够正常通信。下图给出了地偏移测试原理图。

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

（三）软件设计
测试系统软件使用LabVIEW编写。LabVIEW是一种图形化的开发平台，为数据采集信号分析数据处理及数据各种形式的显示提供了丰富的功能模块，用户可方便地调用，避免了繁琐的编程。在该套测试系统中，采用顺序结构，利用多个子VI建立控制模块，并通过一定的逻辑关系联系起来，完成对硬件的驱动测量参数设定以及数据的采集和保存。
本测试系统的子VI程序，主要包括两类:
系统所需调用的仪器/板卡子VI模块，包括仪器/板卡的参数设置初始化，还有一些硬件的驱动程序；
系统的测试子VI，包括CAN物理电平测试地偏移测试过电压/欠电压测试等测试项。
其物理层数据链路层交互层和网络管理的测试，则调用Tellus，通过编写的ACI脚本程序，实现逐条地自动化测试，并自动生成详细的测试记录报告和数据。

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

上图给出了自动化测试系统的诊断测试软件结构。自动化测试的流程如下图所示。

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

（四）系统实现

汽车ＣAＮ总线网络自动化测试系统

上图给出了汽车总线网络自动化集成测试系统的示意图和实物图。系统通过BOB与整车测试台架相连，实现单个ECU或整车总线网络的通信和诊断的自动化测试。通过扩展LIN总线分析仪模块，从而使系统实现对LIN总线网络测试。
CAN物理层测试由LabVIEW软件调用相应的测试子VI模块完成，生成测试报告。其他物理层数据链路层交互层网络管理和故障注入测试，除了调用相应的子VI模块外，同时调用Tellus系统，通过逐条执行编写的ACI用例程序来实现。诊断测试系统，则调用ETS软件，同样依据相应的测试用例程序，完成ECU的诊断测试。
（五）结束语
本系统实现了汽车CAN/LIN总线的自动化测试，包含通信测试和诊断测试。不仅能够支持单个ECU的自动化测试，而且能够接入整车台架实现整车网络的自动化集成测试。测试系统的自动化和集成化，能够大幅提供测试效率，降低测试的工作强度。同时测试的精度，测试过程的一致性大大提高，因此能够更好地发现及定位问题，整体上大大提升了整车研发质量，为总线网络系统在整车上运行的可靠性与稳定性提供了有力的保障。

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