CN204116943U - 车载电子控制单元can总线通信自动化测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，该装置的测试主机通过GPIB连接程控电源；通过Ethernet接口连接网络示波器；通过USB接口连接总线干扰仪；程控电源的输出连接待测ECU；网络示波器、总线数据采集设备、总线干扰仪通过CAN总线连接待测ECU。测试主机控制程控电源根据ECU的工作需求输出不同幅值的电压；网络示波器用于CAN总线的物理层测试；测试主机对ECU及CAN总线的测试数据进行记录、分析、评定并生成测试报告。总线干扰仪用于对被测ECU的总线波形进行实时干扰。本实用新型克服了手动测试种种缺点，减少了车载网络工程师不必要的重复劳动，测试结果精确。

Description

车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置

技术领域

本发明涉及一种用于高效完成CAN网络通信测试及网络管理测试的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置。

背景技术

在当今机动车辆上，通常安装多个电子控制单元(ECU)，各控制单元通过接入控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)实现彼此间的协同工作。在ECU开发阶段，整车厂会向ECU供应商释放ECU通信需求规范，ECU网络管理需求规范及网关路由需求规范来约束ECU。ECU开发完成后，整车厂会对ECU进行严格的网络测试以确保ECU在CAN网络中可以正常工作。目前整车厂的网络测试以手动测试为主，自动测试为辅，效率低，精度差，测试时间长。测试工作包含测试环境搭建，测试执行，测试数据保存，测试结果评定和测试报告撰写等步骤。单ECU网络测试的持续时间一般为两到三天,随着机动车辆上的ECU数目的增加及多款车型的并行开发，测试工程师的工作也在成倍的增加。由于不同ECU的网络测试方法基本相同，导致了测试工程师多是在进行重复劳动。同时不可忽略的一点是手动测试必然会引入人为误差，对测试结果的准确性造成了影响。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，该系统能够准确、高效地对机动车辆上电子控制单元及其所在的控制器局域网络进行测试。

为了解决上述技术问题，本实用新型的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置包括程控电源、网络示波器、总线数据采集设备(CANcaseXL)、总线干扰仪(CANstress)、测试主机；测试主机通过GPIB连接程控电源；通过Ethernet接口连接网络示波器；通过USB接口连接总线干扰仪；程控电源的输出连接待测ECU；网络示波器、总线数据采集设备(CANcaseXL)、总线干扰仪(CANstress)通过CAN总线连接待测ECU；所述程控电源通过KL30、KL15、接地线GND与ECU、CAN总线连接。

测试主机输出控制信号给程控电源，使其根据ECU的工作需求输出不同幅值的电压；CAN总线的物理层测试信号输出到网络示波器进行显示，并且物理层测试数据通过网络示波器传送给测试主机；ECU测试数据通过总线数据采集设备传输给测试主机；测试主机对ECU及CAN总线的测试数据进行记录、分析、评定并生成测试报告。测试主机输出信号控制总线干扰仪CANstress产生干扰信号，用于对被测ECU的总线波形进行实时干扰。

本实用新型还包括测试控制板卡、总线测试板卡；测试主机通过USB接口连接测试控制板卡，测试控制板卡的IO输出端口连接总线测试板卡；所述总线测试板卡中集成继电器矩阵和两个连接于CAN总线的CAN_H线与CAN_L线之间的120欧姆终端电阻；继电器矩阵包括连接于程控电源与ECU之间KL30、KL15线、接地线GND上的第一继电器、第二继电器、第三继电器。

所述继电器矩阵还包括连接于KL30与CAN_H线、CAN_L线之间的第四继电器、第五继电器。

所述继电器矩阵还包括连接于接地线GND与CAN_H线、CAN_L线的第六继电器、第七继电器。

所述继电器矩阵还包括连接于CAN_H线与CAN_L线之间的第八继电器。

所述继电器矩阵还包括分别与两个120欧姆终端电阻串接的第九继电器、第十继电器。

所述继电器矩阵还包括连接于CAN_H线和CAN_L线上的第十一继电器和第十二继电器。

当需要执行总线故障注入操作时，测试主机输出信号通过测试控制板卡传输给总线测试板卡，控制各继电器闭合或断开；第一继电器、第三继电器闭合时，可模拟常电工作状态；第二继电器、第三继电器闭合时，可模拟二档工作状态，从而实现常电工作状态、二档工作状态下ECU的测试。断开第四继电器和第五继电器可实现CAN线对电源短路；断开第六继电器和第七继电器可实现CAN线对地短路；断开第八继电器可实现CAN线短路；断开第九继电器、第十继电器可实现CAN线开路。该总线测试板卡可实现匹配60欧姆终端电阻，第九继电器、第十继电器闭合一个，该总线测试板卡可实现匹配120欧姆终端电阻；断开第十一、第十二继电器可实现CAN_H线、CAN_L断路。通过上述故障注入，可实现CAN线对电源短路、CAN线对地短路、CAN线短路、CAN线开路、CAN线短路ECU故障代码测试及恢复状态进行测试。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过搭建包括程控电源、高精网络示波器、总线数据采集设备CANcaseXL、总线干扰仪CANstress、总线测试板卡及测试控制板卡(NI板卡)、测试主机的硬件工作平台，并通过测试主机进行统一管理、协调工作，克服了手动测试种种缺点，避免每次测试开始之前都要进行复杂的测试环境搭建工作，减少了车载网络工程师不必要的重复劳动，同时避免了手动操作会引入人为的误差，影响测试结果的精确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置的结构框图。

图2是本实用新型的总线测试板卡的结构示意图。

图3是测试主机的主程序流程图。

图4是Bus-off监测测试子系统程序流程图。

图5是ECU欠电压测试子程序流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的硬件机柜是将程控电源、稳压电源、网络示波器、总线数据采集设备(CANcaseXL)、总线干扰仪(CANstress)、总线测试板卡及测试控制板卡(NI板卡)、测试主机等测试设备集成于一个机柜中进行统一管理。测试主机中安装测试管理软件，测试管理软件通过GPIB(通用接口总线)接口控制程控电源；通过Ethernet(以太网)接口控制高精网络示波器；通过USB接口控制总线干扰仪(CANstress)；通过USB接口控制测试控制板卡，测试控制板卡提供一系列的IO输出端口，这些IO输出端口可以控制总线测试板卡的继电器矩阵。程控电源用于被测ECU的供电，供电电压可在0V-50V之间变化，由于测试过程中部分测试用例需要调整电压值上升/下降或者控制电源的通断所以必须采用程控电源实时控制电压变化。程控电源须支持GPIB接口。稳压电源用于为总线测试板卡提供12V电压。高精网络示波器用于实现总线物理层测试，如总线信号电平测试、上升沿下降沿斜率测试、位时间测试等。网络示波器可适当选用采样频率、带宽较高的示波器，并提供Ethernet接口用于程序控制。总线数据采集设备(CANcaseXL)用于采集总线数据并传输给测试主机，由测试主机记录及分析总线数据；总线干扰仪(CANstress)用于对被测ECU的总线波形进行实时干扰；总线测试板卡可通过匹配继电器矩阵，结合总线数据采集设备、总线干扰设备实现总线测试,该板卡电阻匹配功能可实现匹配60欧姆或120欧姆终端电阻，故障注入功能可以提供CAN线对电源短路、CAN线对地短路、CAN线短路、CAN线开路等故障注入操作。

如图2所示，所述总线测试板卡中集成继电器矩阵和两个连接于CAN总线的CAN_H线与CAN_L线之间的120欧姆终端电阻R1、R2；继电器矩阵包括连接于程控电源与ECU之间KL30、KL15线、接地线GND上的第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3，连接于KL30与CAN_H线、CAN_L线之间的第四继电器J6、第五继电器J4，连接于接地线GND与CAN_H线、CAN_L线之间的第六继电器J7、第七继电器J5，连接于CAN_H线与CAN_L线之间的第八继电器J8，分别与两个120欧姆终端电阻串接的第九继电器J9、第十继电器J10，连接于CAN_H线和CAN_L线上的第十一继电器J11和第十二继电器J12。

测试主机的软件部分包括:测试管理程序、测试用例库以及上位机控制程序。测试管理程序，包括数据库管理、测试执行管理和用户管理。数据库管理用于针对不同车型相关数据的存储，包括存储车型信息、测试规范信息、测试类型信息、测试用例信息等，以及具体控制器(ECU)的网络相关故障码的录入、诊断指令的记录；测试执行管理用于选配不同的车型；用户管理用于新建用户，不同的用户权限不同。测试用例库包括：报文周期测试、报文DLC测试、位时间测试、采样点测试、报文节点超时监测测试、NO ACK(非应答信号)测试、Bus off(总线关闭)处理测试、欠电压/过电压测试、Bus off监测测试、Bus off欠电压监测测试等，可以根据不同的车型来删减测试用例。上位机控制程序用于测试相关参数的录入、选择和执行测试用例，并控制测试过程、保存测试记录和生成记录测试报告。

测试主机包括2个数据库：CANDB通信数据库、信息数据库。

所述CANDB通信数据库用于存储不同ECU需要发送及接收的报文信息。

所述信息数据库包括车型数据库、测试规范数据库、测试类型信息数据库、评定标准数据库、测试用例数据库、测试结果数据库、测试用例库；车型数据库用于存储车型信息；测试规范数据库用于存储各种车型对应的ECU测试规范信息(包括ECU所属网段，ECU开发版本及ECU名称，ECU终端电阻匹配等)、测试类型信息(包括基本通信、网络管理、诊断信息等)；评定标准数据库用于存储评定标准信息、故障代码信息、路由信息；测试用例数据库用于存储各种车型所需测试的测试用例信息，例如针对某一车型，测试用例信息包括物理层测试(包括总线信号电平测试、上升沿下降沿斜率测试、位时间测试等)、数据链路层测试(包括CAN总线协议测试、采样点测试等)、CAN诊断测试(包括CAN线对电源短路、CAN线对地短路、CAN线短路、CAN线开路等故障测试)；针对另一种车型，测试用例信息包括物理层测试、数据链路层测试、交互层测试(包括传输协议等)；测试结果数据库用于存储测试结果信息。测试用例库用于存储能够满足各种车型测试需要的多个测试用例。

如图3所示，测试主机主程序流程如下：

(1)测试信息录入：录入待测ECU的相关参数；包括ECU所属网段，ECU软硬件版本及ECU名称，ECU终端电阻匹配等。

(2)测试用例选择，根据录入的待测ECU的相关参数查找信息数据库中对应的车型信息，以及该车型信息对应的测试用例信息(包括通信单元测试(如ECU欠电压、过电压测试、....)，通信系统测试(如物理层测试、数据链路层测试、交互层测试等，网络管理单元测试(如睡眠中断测试、Limphome状态测试等)，路由测试(如报文路由测试、信号路由测试等)，诊断测试等)，根据测试用例信息从测试用例库中选择相应的测试用例，并查询CANDB通信数据库获得该ECU需要发送及接收的报文信息；

(3)开始对程控电源、网络示波器、总线数据采集设备、总线干扰仪和测试控制板卡的初始化连接进行测试。

(4)对编译选择的测试用例进行完整性检测，若通过检测则进入步骤(5)，否则返回步骤(3)，将漏掉的测试用例添加到测试用例队列中；例如针对待测ECU，对应车型数据库中某一车型，其测试用例信息包括报文周期测试、报文DLC测试、位时间测试、采样点测试、报文节点超时监测测试、NO ACK测试、Bus off(总线关闭)处理测试、欠电压/过电压测试、Bus off监测测试、Bus off欠电压监测测试，而选择的测试用例缺少了位时间测试、采样点测试这两项，则需要从测试用例库中选择这两项添加到测试用例队列中。

(5)针对选择的测试用例开始执行测试；

(6)判读是否生成测试报告，是则进入步骤(7)，否则转步骤(8)；

(7)根据测试用例评定标准信息、故障代码信息、路由信息和实测信息生成测试记录文件、测试结果评价报告。

(8)结束。

以对应于某一车型的待测ECU为例，测试用例包括：

报文测试：用于报文周期测试、报文DLC测试、报文节点超时监测测试；

总线物理层测试：用于总线信号电平、总线信号电平上升/下降沿、位时间的测试；

非应答信号测试：用于ECU非应答信号(NO ACK)的测试；

Bus off测试：用于Bus off处理测试、Bus off监测测试、Bus off欠电压测试；

ECU供电电压故障测试：用于对欠电压、过电压条件下ECU故障处理情况进行测试；

总线故障测试：在CAN线对电源短路、CAN线对地短路、CAN线短路、CAN线开路、CAN线短路故障修复后，根据待测ECU故障记录情况测试待测ECU是否曾经产生过相应的故障代码，同时，对CAN线故障修复后待测ECU是否回到正常工作状态进行测试。

所述报文测试子模块中报文周期测试、报文DLC测试可以用同一个子程序实现，也可以分别用一个子程序实现，报文节点超时监测测试单独用一个子程序实现。

总线信号电平、总线信号电平上升/下降沿、位时间的测试采用一个子程序实现。

欠电压、过电压条件下ECU故障处理测试可以一个子程序也可以两个子程序。

下面以Bus off监测测试和ECU欠电压测试为例详细说明测试过程。其余测试用例的测试过程属于比较常规的技术，这里不再累述。

如图4所示，Bus off监测测试过程如下：

(a)开始；

(b)ECU上电；

(c)仿真ECU伙伴节点，向待测ECU发送报文；

(d)执行ECU故障码清除；

(e)读取ECU故障码；

(f)判断ECU是否还有故障码，是则转步骤(g)，否则发送测试不合格标志，转步骤(o)；

(g)控制总线干扰仪实施干扰使总线进入Bus off状态；

(h)停止仿真ECU伙伴节点向待测ECU发送报文；

(i)延时3.5倍最大超时故障码产生时间，等待ECU产生故障码；

(j)停止总线干扰仪实施干扰；

(k)读取ECU故障码；

(l)判断ECU是否记录有Bus off故障码，是则转步骤(m)，否则发送测试不合格标志，转步骤(o)；

(m)判断ECU是否记录有超时故障码，是则转步骤(n)，否则发送测试不合格标志，转步骤(o)；

(n)通过测试，发送测试合格标志；

(o)结束。

如图5所示，ECU欠电压测试过程如下：

(a)开始；

(b)ECU上电；

(c)判断供电电压是否大于0V，是则控制程控电源ECU供电电压降低0.1V；

(d)判断ECU报文是否第一次出现错误帧，是则转步骤(e)，否则记录此时供电电压值；

(e)判断ECU是否停止通信，是则转步骤(f)，否则返回步骤(c)；

(f)记录ECU停止通信后的供电电压值；

(g)判断ECU第一次出现错误帧时供电电压值和ECU停止通讯后供电电压值是否符合规范，是则转步骤(h)，否则输出测试不合格标志，转步骤(i)；

(h)输出测试合格标志；

(i)结束。

本实用新型的硬件机柜建流程如下：

第一步，为网络自动化测试机柜安装电源控制开关。网络自动化测试机柜为220V供电。电源控制开关安置于机柜顶端，具有过流保护功能。当电流值超过最高电流时可以自动切断整个机柜的电源。它主要由空气开关和紧急停止开关组成，其中紧急停止开关按下时可切断整个机柜的供电。

第二步，安装网络自动化测试所需电源。机柜中包括两个独立的电源，分别由一个稳压电源和一个程控电源组成。稳压电源输出电压12V电压，为总线测试板卡供电。程控电源输出0V-50V电压，为被测ECU供电。程控电源需要通过GPIB转USB模块与测试主机连接，测试主机安装GPIB驱动后即可实现控制。

第三步，安装高精网络示波器。安装网络示波器前需根据网络示波器的大小定制机柜插箱，网络示波器先固定于测试插箱中，再将测试插箱放置于机柜指定位置，通过以太网网线与测试主机相连接。

第四步，按测试需求将总线测试板卡固定于定制的插箱中，总线测试板卡由稳压电源供电，供电电压12V。总线测试板卡由IO数字输出进行控制，通过接插件与IO数字输出端口相连接。IO数字输出控制可采用测试控制板卡(NI板卡)进行控制。图3是总线测试板卡的结构框图。

第五步，测试主机的设置。首先，测试主机中需安装程控电源、网络示波器、测试控制板卡等设备驱动；其次，需要编写一个上位机控制程序[F1]即测试管理软件，该软件统一控制各硬件测试设备。核心的测试用例在Vector公司CANoe软件中的CAPL Browser环境进行程序开发，CANoe提供各类程序接口，如GPIB接口、Ethernet接口、串口通信接口等。测试管理软件具备数据库管理功能可将测试相关信息录入，使网络测试机柜成为平台化、自动化的测试系统。

如图3所示，网络测试及管理的方法包括如下步骤：

步骤S1，软件启动后，自动查询车型信息数据库[F6],获取车型信息数据库中保存的车型信息，测试类型信息(如基本通信、网络管理、诊断等)，测试规范信息及测试用例信息等，并在软件中显示相关信息。

步骤S2，测试信息配置。测试信息包括ECU所属网段，ECU开发版本及ECU名称，ECU终端电阻匹配等。测试用例库[F2]根据这些信息确定需运行的测试文件，并查询CANDB通信数据库[F3]获得该ECU需要发送及接收的报文信息。

步骤S3，选取需要进行测试的测试用例。具体实现方法如下：

所有测试用例信息保存在车型信息数据库[F6]的测试用例数据库中，根据选择的车型信息及测试类型信息将可以执行的测试用例名称显示在界面上，以供选择。

步骤S4，开始测试。单击“开始测试”按钮，开始一次新测试。自动测试软件完成对相关测试工具的初始化连接，并将测试用例信息写入配置文件(ini格式)供测试用例库运行时使用。具体实现方法如下：自动测试软件完成对硬件系统中测试工具[F7]的连接:与程控电源的连接(本系统采用GPIB接口通信)，与网络示波器的连接(本系统采用以太网接口通信)，与外部接口电路的连接(本系统采用串口通信)。如果与任一测试工具的初始化连接失败，则提示工程师，并终止本次测试。自动测试软件将测试用例选择信息，评定标准信息，故障代码信息及路由信息写入配置文件，以备测试用例库[F2]根据配置文件信息确定需要执行的测试用例，并依据评定标准信息对测试获得的结果进行评定。

步骤S5，步骤S4执行完成后，进入步骤S5，依次执行选中的测试项。具体实现方法如下：测试用例库[F2]将选中的测试项用例依次执行。在每一个测试项中，通过继电器的开闭及对程控电源和网络示波器的命令发送，搭建测试用例所需的测试环境。如果需要故障注入，则调用网络故障注入程序[F4]。如果是与网络示波器相关的测试程序，则调用网络信号测试程序[F5]。然后逐条执行该测试用例中的测试语句，获得最终的测试结果，并将结果与评定标准信息进行对比，确定测试项是否通过。每个测试用例均生成独立的测试记录文件以保存测试数据。

步骤S6，测试结束后，生成测试报告。单击“生成报告”按钮，则自动测试软件调用报告生成模块。

步骤S7，自动测试软件根据本次测试所属类型，调用对应的模板，将测试结果数据写入报告。

Claims (7)

1.一种车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，其特征在于包括程控电源、网络示波器、总线数据采集设备、总线干扰仪、测试主机；测试主机通过GPIB连接程控电源；通过Ethernet接口连接网络示波器；通过USB接口连接总线干扰仪；程控电源的输出连接待测ECU；网络示波器、总线数据采集设备、总线干扰仪通过CAN总线连接待测ECU；所述程控电源通过KL30、KL15、接地线GND与ECU、CAN总线连接。

2.根据权利要求1所述的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，其特征在于还包括测试控制板卡、总线测试板卡；测试主机通过USB接口连接测试控制板卡，测试控制板卡的IO输出端口连接总线测试板卡；所述总线测试板卡中集成继电器矩阵和两个连接于CAN总线的CAN_H线与CAN_L线之间的120欧姆终端电阻；继电器矩阵包括连接于程控电源与ECU之间KL30、KL15线、接地线GND上的第一继电器、第二继电器、第三继电器。

3.根据权利要求2所述的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，其特征在于所述继电器矩阵还包括连接于KL30与CAN_H线、CAN_L线之间的第四继电器、第五继电器。

4.根据权利要求2所述的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，其特征在于所述继电器矩阵还包括连接于接地线GND与CAN_H线、CAN_L线的第六继电器、第七继电器。

5.根据权利要求2所述的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，其特征在于所述继电器矩阵还包括连接于CAN_H线与CAN_L线之间的第八继电器。

6.根据权利要求2所述的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，其特征在于所述继电器矩阵还包括分别与两个120欧姆终端电阻串接的第九继电器、第十继电器。

7.根据权利要求2所述的车载电子控制单元CAN总线通信自动化测试装置，其特征在于所述继电器矩阵还包括连接于CAN_H线和CAN_L线上的第十一继电器和第十二继电器。