用于测试车辆部件的测试控制箱和测试系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于测试车辆部件的测试控制箱以及一种用于测试车辆部件的测试系统。


背景技术：

2.为了在车辆研发设计阶段提供关于车辆部件的数据支持并且保证车辆部件在车辆中的可靠运行，需要对车辆中存在的多种车辆部件进行功能性、可靠性和/或耐久性测试。在测试过程中，需要针对具体车辆部件进行测试搭建，以满足不同车辆部件以及数据采集器件、如传感器的连接需求。然而，这样的测试搭建耗费时间、易出错并且要求测试人员深入了解布线细节。
3.此外，由于车辆部件的运行越来越多地依赖于车辆总线通信、如 can总线通信或lin总线通信，所以目前对车辆部件的测试来说，通常需要创建整车环境。对于车辆部件独立运行的测试、如噪声测试、电磁兼容性(emv)测试等而言，这又要求向车辆部件提供相应的车辆总线消息，由此使得测试任务和测试搭建进一步复杂化。
4.因此，亟需一种适用于多种车辆部件的测试控制箱，所述测试控制箱能够尽可能全面地覆盖对于不同车辆部件的各项测试需求、避免复杂的测试搭建并且在没有整车环境的情况下实现车辆部件的独立运行。


技术实现要素：

5.本实用新型的任务在于，提供一种用于测试车辆部件的测试控制箱以及一种用于测试车辆部件的测试系统，所述测试控制箱和所述测试系统能够尽可能全面地覆盖对于不同车辆部件的各项测试需求、避免复杂的测试搭建并且在没有整车环境的情况下实现车辆部件的独立运行。
6.按照本实用新型的第一方面，用于测试车辆部件的测试控制箱包括：
7.x86架构子系统，其包括x86架构板卡、数据采集板卡、总线适配器和显示器，其中，所述数据采集板卡、总线适配器和显示器连接到x86架构板卡上，借助于所述数据采集板卡提供数字信号输入输出接口和模拟信号输入输出接口，并且借助于所述总线适配器提供can 总线接口和lin总线接口；以及
8.arm架构子系统，其包括arm架构板卡和连接到arm架构板卡的can引脚上的至少一个can收发器，借助于所述至少一个can 收发器提供另外的can总线接口，并且借助于所述arm架构板卡的 gpio引脚提供通用输入输出接口。
9.在本实用新型中，用于测试车辆部件的测试控制箱包括两套子系统：x86架构子系统和arm架构子系统。通过这两套子系统来共同满足不同车辆部件以及外部设备的连接需求、如模拟输入输出、数字输入输出、can总线通信以及lin总线通信，使得所述测试控制箱多样化地适用于对不同车辆部件的各项测试。通过将x86架构子系统和arm架构子系统整合在同一个测试控制箱内，能够在一个测试控制箱上提供对于车辆部件以及外部设备的多种
接口，从而避免设备之间的复杂接线并且简化测试搭建。进一步地，测试人员仅须对照搭建说明文件进行接口上的插接操作，而无需深入了解各个接口的插针、引脚等布局，由此不易造成接线错误并且保证测试安全性。
10.在此，所述x86架构子系统包括x86架构板卡和连接到其上的总线适配器，并且借助于所述总线适配器提供lin总线接口和can总线接口、特别是两个can总线接口。此外，所述arm架构子系统包括arm架构板卡和连接到arm架构板卡的can引脚上的至少一个 can收发器。由此，能够在测试中向车辆部件提供对于其运行所必要的不同车辆总线消息，从而在没有整车环境的情况下依然实现车辆部件的独立运行。而且，如下面还要进一步阐述地，本实用新型的测试控制箱还能够基于x86架构子系统和arm架构子系统的不同特性分别进行对于事件触发的can消息的灵活控制以及周期性的can消息的稳定传输。
11.同时，所述x86架构子系统还集成有提供数字信号输入输出接口和模拟信号输入输出接口的数据采集板卡。此外，在arm架构子系统中借助于所述arm架构板卡的gpio(通用输入输出)引脚提供通用输入输出接口。由此能实现对于车辆部件以及外部设备的指令输入输出和信号采集。在此，外部设备可以是：数据采集器件、特别是传感器；致动器件、如电机；以及输入和/或输出设备。
12.在此，所述x86架构子系统作为复杂指令集(cisc)计算机基于其优异的性能和庞大的指令系统能够运行流行的操作系统以及各种工具软件，其通过所集成的显示器、特别是触摸屏能够为测试人员提供良好的人机交互界面，从而便利于测试人员进行测试操作。而且，x86 架构子系统具备丰富的兼容性、可扩展性和可开发性，能够适用于不同车辆部件和数据采集器件、特别是传感器的信号传输交互并且实现数据分析功能。相对于arm架构子系统，x86架构子系统不会受到数据存储方面的制约并且能够更好地实现对测试数据的存储和访问。
13.相对地，所述arm架构子系统作为精简指令集(risc)计算机则具备低成本、高可靠性和低能耗的特性，其能实现良好的机机交互。而且由于arm架构子系统的实时性和周期性相对于x86架构子系统更强，arm架构子系统能够在较长的时间范围上向待测的车辆部件提供稳定循环的信号消息、特别是can消息。
14.由此，按照本实用新型的测试控制箱为车辆部件测试提供功能丰富、兼容性强且稳定高效的硬件平台，其能够全面地满足对于不同车辆部件的各项测试需求并且在没有整车环境的情况下依然实现车辆部件的独立运行。通过所述测试控制箱能够避免复杂的测试搭建，节省测试时间并且不易造成接线错误，从而提升测试的安全性，有利于测试的标准化。此外，所述测试控制箱成本低廉、易于携带并且能够通用于不同的车辆部件而无需硬件上的改装。
15.还值得一提的是，对于整车厂将其车辆部件送到第三方实验室进行测试的情景，按照本实用新型的测试控制箱还附加地提供数据安全性，因为整车厂仅须自行在测试控制箱上加载其特有的通信协议和车辆部件控制程序，而无需向第三方实验室提供。
16.此外，根据具体的测试需求，所述x86架构子系统和所述arm 架构子系统可以分别单独地使用或者同时使用。
17.在本实用新型的范畴内，所述车辆部件特别是电控的车辆部件，其可以包括车辆内饰和/或车辆外饰。优选地，所述车辆部件包括：座椅、车门、天窗、车窗升降器以及电动尾
门。
18.按照本实用新型的一种实施方式，所述x86架构板卡为支持 windows或linux操作系统的单板计算机；和/或所述arm架构板卡为stm32开发板。由此，通过在x86架构板卡上安装流行的操作系统，为测试人员提供熟悉的人机交互界面，方便其对于测试的操作。而stm32开发板具备高性能、低成本、低功耗、体积小、高效、灵活、便于安装与调试、节省计算资源等特性。在此可以有利地利用到 stm32开发板所集成的can总线功能。而且由于所述stm32开发板提供了数十个gpio引脚，可以利用现有技术中公知的编程手段对所述多个gpio引脚进行配置来定义每个gpio引脚所对应的输入输出功能以及在相应的gpio引脚被触发(亦即发生电压改变)时所要实现的控制功能。
19.按照本实用新型的一种实施方式，通过所述arm架构子系统周期性地向待测的车辆部件输出预存储的can消息。在此，arm架构板卡、特别是stm32开发板通过其can引脚经由can收发器与待测的车辆设备、特别是其控制器通信连接。所述can收发器用于将 arm架构板卡、特别是stm32开发板的can引脚的电压信号转换成can总线中传递的差分信号，由此在测试控制箱的can接口上符合can通信协议地循环输出can消息、如车身can消息。通过本实用新型的测试控制箱，以简单的方式在通信方面为车辆部件创建了所需的整车环境。
20.还需要说明的是，在本实用新型中还优选使用x86架构子系统来传输事件触发的can消息。由于在同时输出所述事件触发的can消息与周期性的can消息时可能发生争抢端口，继而发生can消息周期不稳定和/或导致周期性的can消息丢失，从而在车辆部件上引发意外，影响测试的长时间运行。特别优选地，x86架构子系统上的所述can总线接口和arm架构子系统上的所述另外的can总线接口分别作为不同的节点连接到通向车辆部件的can总线上。
21.按照本实用新型的一种实施方式，使用所述arm架构板卡的一组gpio引脚提供通用输入端口，并且使用所述arm架构板卡的另一组gpio引脚提供通用输出端口。
22.按照本实用新型的一种实施方式，在所述arm架构板卡的gpio 引脚与所述通用输入端口之间和/或在所述arm架构板卡的gpio引脚与所述通用输出端口之间连接有电压转换隔离板。在此，通过电压转换隔离板来保护arm架构板卡，避免直接接入电压过高的信号对 arm架构板卡造成损坏。
23.按照本实用新型的一种实施方式，所述x86架构子系统中的数字信号输入输出接口和模拟信号输入输出接口以及所述arm架构子系统的通用输入输出接口构成为db25串口。
24.按照本实用新型的一种实施方式，通过将所述arm架构子系统的通用输入输出接口与所述x86架构子系统中的数字信号输入输出接口和/或模拟信号输入输出接口相连接来实现x86架构子系统与arm 架构子系统之间的通信。由此可能的是，通过x86架构子系统来控制 arm架构子系统或者触发其特定的功能。
25.按照本实用新型的一种实施方式，所述x86架构子系统配设有网络接口。借助于网络接口，有利地可以实现对于测试控制箱的远程访问和/或远程控制。这对于需要测试人员远离车辆部件的测试、如噪声测试而言是特别有利的。此外，还可以实现将测试控制箱所接收的测量数据上传到远程服务器、如云服务器上。
26.本实用新型的第二方面涉及一种用于测试车辆部件的测试系统，所述测试系统包
括：
27.按照本实用新型的用于测试车辆部件的测试控制箱；以及下列中的至少一项：
28.连接到所述测试控制箱的数字信号输入输出接口的数字量接口模块；
29.连接到所述测试控制箱的模拟信号输入输出接口的模拟量接口模块；和
30.连接到所述测试控制箱的通用输入输出接口的输入和/或输出设备。
31.在此，所述数字量接口模块和所述模拟量接口模块特别是可以构成为适配于需要连接的外部设备的接口转换器，例如可以将db25串口的各引脚分组地直通式或电流隔离地连接到各个外部设备的插接口。此外，连接到arm架构子系统的通用输入输出接口的所述输入和/或输出设备可以为arm架构子系统提供数据及信号的输入和/或输出。
32.按照本实用新型的一种实施方式，所述模拟量接口模块与传感器终端连接，至少一个传感器能接入到所述传感器终端上。
33.按照本实用新型的一种实施方式，所述传感器终端配设有供电单元，所述供电单元能为所接入的传感器供电。
34.按照本实用新型的一种实施方式，所述至少一个传感器包括电流传感器、电压传感器、位移传感器、扭矩传感器、角度传感器以及力传感器。
35.按照本实用新型的一种实施方式，所述输入和/或输出设备包括集成有多个能手动操作的操作元件的操作模块。
附图说明
36.图1示出按照本实用新型的测试控制箱的x86架构子系统的示意性电路图；
37.图2示出按照本实用新型的测试控制箱的arm架构子系统的示意性电路图；
38.图3示出按照本实用新型的测试系统在用于测试天窗时的示意性布线图；
39.图4示出按照本实用新型的测试系统在用于测试电动尾门时的示意性布线图；
40.图5示出按照本实用新型的测试系统在用于测试车窗升降器时的示意性布线图。
具体实施方式
41.图1示出按照本实用新型的测试控制箱的x86架构子系统1的示意性电路图。x86架构子系统1包括x86架构板卡2、数据采集板卡3、总线适配器4和显示器5，其中，所述数据采集板卡3、总线适配器4 和显示器5连接到x86架构板卡1上，借助于所述数据采集板卡3提供数字信号输入输出接口6和模拟信号输入输出接口7，并且借助于所述总线适配器4提供总线接口8，其中，所述总线接口8包括can 总线接口和lin总线接口。
42.在此，x86架构板卡2例如可以实施为支持windows或linux操作系统的单板计算机(single board computer，sbc)、特别是支持 windows 10操作系统的intel sbc。如图所示，由电源单元9将12v 供电电压转换为运行x86架构板卡2所需的5v电压。
43.x86架构板卡2可以集成有多种接口。例如，x86架构板卡2通过 hdmi接口与显示器5连接、通过usb接口与数据采集板卡3和总线适配器4连接。另外，x86架构板卡2还可以对外提供usb接口和网络接口。
44.数据采集板卡3例如可以使用ni-usb6003型号的数据采集卡，数据采集板卡3的dio端口对外提供数字信号输入输出接口6，并且其aio端口对外提供模拟信号输入输出接
口7。在此，数字信号输入输出接口6和模拟信号输入输出接口7构成为db25串口。
45.总线适配器4例如可以构成为usb转can和lin的转接器。在图1中还示出总线接口8的引脚列表。总线接口8优选地提供两路can 总线接口和一路lin总线接口。
46.图2示出按照本实用新型的测试控制箱的arm架构子系统10的示意性电路图。arm架构子系统10包括arm架构板卡11和连接到 arm架构板卡的can引脚上的至少一个can收发器、在图2中为第一can收发器12和第二can收发器13。借助于这两个can收发器提供另两个can总线接口：第一can总线接口14和第二can 总线接口15。借助于所述arm架构板卡11的gpio引脚提供通用输入输出接口。
47.在此，所述arm架构板卡11优选是stm32开发板、特别是 stm32f4系列开发板、如stm32f407开发板。
48.如图2所示，arm架构板卡11通过其can引脚pb9、pb8连接至第一can收发器12并且通过can引脚pb5、pb6连接至第二 can收发器13。can收发器的型号例如为tja1050。在当前的实施中，arm架构板卡11的pb9、pb6引脚分别与各can收发器的txd (发送数据)引脚相连接，并且arm架构板卡11的pb8、pb5引脚与各can收发器的rxd(接收数据)引脚相连接。第一can收发器12和第二can收发器13用于将arm架构板卡11的各can引脚的电压信号转换成can总线中传递的差分信号，并且将所述差分信号经由各can收发器的can_h和can_l引脚向外输出，由此实现测试控制箱与车辆部件的can通信连接。
49.优选地，通过所述arm架构子系统10周期性地向待测的车辆部件输出预存储的can消息。而优选使用x86架构子系统1来传输事件触发的can消息。特别优选地，x86架构子系统1上的can总线接口和arm架构子系统10上的所述另外的can总线接口可以分别作为不同的节点连接到通向车辆部件的can总线上。
50.图2中还示出，使用所述arm架构板卡11的一组gpio引脚 pf0～pf15提供通用输入端口16，并且使用所述arm架构板卡11的另一组gpio引脚pd0～pd15提供通用输出端口17。通过通用输入端口16和通用输出端口17优选实现数字式输入输出。
51.优选地，在所述arm架构板卡11的gpio引脚pf0～pf15与所述通用输入端口16之间连接有输入电压转换隔离板18，并且在所述 arm架构板卡11的gpio引脚pd0～pd15与所述通用输出端口17 之间连接有输出电压转换隔离板19。借助于这些电压转换隔离板来保护arm架构板卡11，避免直接接入电压过高的信号对arm架构板卡11造成损坏。
52.在本实用新型中，根据具体的测试需求，x86架构子系统1和arm 架构子系统10可以分别单独地使用或者同时使用。但也可能的是，通过将所述arm架构子系统10的通用输入输出接口与所述x86架构子系统1中的数字信号输入输出接口和/或模拟信号输入输出接口相连接来实现x86架构子系统1与arm架构子系统10之间的通信。
53.此外，所述车辆部件特别是电控的车辆内外饰，其可以包括：座椅、车门、天窗、车窗升降器以及电动尾门。
54.图3示出按照本实用新型的测试系统在用于测试天窗时的示意性布线图。在此，用于测试天窗的测试系统包括测试控制箱20和连接到所述测试控制箱20的模拟信号输入输出接口7的模拟量接口模块23。 12v供电单元26分别向测试控制箱20、待测的天窗21和电流钳适配器25供电。
55.作为电流传感器的电流钳24通过电流钳适配器25直接连接到模拟量接口模块23
上。所述电流钳24夹装在输入到天窗21中的供电电线上，以测量天窗21所消耗的电流。电流钳24所测量的模拟电流值经由模拟量接口模块23输入到x86架构子系统1中，用以记录和分析天窗21在不同动作(如在前端抬起、向后滑动等)时的电流消耗。
56.为了操纵天窗21，测试控制箱20需要向天窗控制器22提供车身 can消息以及激活动作的can消息。测试控制箱20中的arm架构子系统10通过第一can总线接口14将预存储的车身can消息周期性地输出至天窗控制器22。为此，arm架构板卡11可以预存储有车身can消息并且利用现有技术中公知的编程手段实现周期性地在其 can引脚上输出预存储的车身can消息。所述预存储的车身can 消息例如可以包括下述车辆状态数据中的一项或多项：发动机转速、发动机扭矩、车内温度、行驶速度、转向角度、加速度和车身侧倾角。所述车身can消息例如可以预先地从处于特定状态下的车辆的车身控制can总线上截取或者从车身电子控制单元中获取。此外，同样可能的是，通过简单的参数调节来修改所述车身can消息中某项数据的数值。而激活动作的can消息则是由测试控制箱20中的x86架构子系统1中所加载的程序基于事件触发的。该事件触发的can消息由x86架构子系统1上的总线接口8中的其中一路can接口输出。在此，x86架构子系统1上的总线接口8和arm架构子系统10上的第一can总线接口14作为两个不同的节点连接到通向天窗控制器的 can总线上。
57.图4示出按照本实用新型的测试系统在用于测试电动尾门时的示意性布线图。在此，用于测试电动尾门31的测试系统包括测试控制箱 20、连接到所述测试控制箱20的模拟信号输入输出接口7的模拟量接口模块23以及连接到模拟量接口模块23的传感器终端28。为了连接可能具有不同类型接口的传感器，使用传感器终端28来适配于模拟量接口模块23的接口。所述传感器终端28还配设有24v供电单元27，所述24v供电单元27能为所接入的传感器供电。而12v供电单元26 向测试控制箱20和待测的电动尾门31供电。
58.作为电流传感器的电流钳24通过电流钳适配器25直接连接到传感器终端28的第一端口上。所述电流钳24夹装在输入到电动尾门31 中的供电电线上，以测量电动尾门31所消耗的电流。力传感器29和角度传感器30分别接入到传感器终端28的第二端口和第三端口。电流钳24所测量的电流值、力传感器29所测量的力值以及角度传感器 30所测量的角度值经由模拟量接口模块23输入到x86架构子系统1 中，用以记录和分析电动尾门31在不同动作(如在打开、关闭等)时的各项数值。
59.为了操纵电动尾门31，测试控制箱20需要向电动尾门31提供车身can消息以及诊断can消息。对于电动尾门31而言，例如可能的是，通过车身can消息来传输解锁指令和开门指令，而关门指令和状态查询指令则是借助于诊断can消息来传输。车身can消息和诊断can消息由x86架构子系统1上的总线接口8中的各一路can 接口输出。
60.图5示出按照本实用新型的测试系统在用于测试车窗升降器时的示意性布线图。在此，用于测试车窗升降器的测试系统包括测试控制箱20、连接到所述测试控制箱20的模拟信号输入输出接口7的模拟量接口模块23、连接到模拟量接口模块23的传感器终端28以及连接到数字信号输入输出接口6的数字量接口模块32。为了连接可能具有不同类型接口的多种传感器，通过使用传感器终端28来适配于模拟量接口模块23的接口。所述传感器终端28还配设有24v供电单元27，所述24v供电单元27能为所接入的传感器供电。而12v供电单元26 向测试控制箱20和待测的车窗升降器的电机控制器34供电。
61.作为电流传感器的电流钳24通过电流钳适配器25直接连接到传感器终端28上。所
述电流钳24夹装在输入到车窗升降器中的供电电线上，以测量车窗升降器所消耗的电流。力传感器29、位移传感器35 和转矩传感器36分别接入到传感器终端28上。力传感器29可以测量升降车窗玻璃所施加的力，位移传感器35可以测量车窗玻璃的行程。而转矩传感器36可以插入到电机33与玻璃升降器的传动器件之间，以用于测量电机33输出的扭矩。电流钳24所测量的电流值、力传感器29所测量的力值、位移传感器测量35的位移值以及转矩传感器36 所测量的转矩值经由模拟量接口模块23输入到x86架构子系统1中，用以记录和分析玻璃升降器在不同的安装状态下在执行不同动作(如在上升、下降等)时的各项数值。
62.在此，玻璃升降器的运行通常不需要总线消息。为了操纵玻璃升降器，x86架构子系统1仅需通过其数字输入输出接口6经由数字量接口模块32向电机控制器34发送操纵电机33的控制指令。由此，玻璃升降器的电机33可以根据所述控制指令执行正转和反转动作。
63.本实用新型不限于所示的实施例，而是包括或者延及可落入所附权利要求书的有效范围内的所有技术上的等效物。在说明书中所选择的位置说明如例如上、下、左、右等等参照直接的描述以及示出的附图并且在位置变化时按照意义能转用到新的位置上。
64.在本技术文件中公开的特征不仅可以单独地而且可以以任意组合的方式对于实施例在不同的设计方案方面的实现来说是重要的并且可以被实现。
65.本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。