基于C#的TCU自動測試工具設(shè)計研究

黃磊　何亞楠

摘 要：文章介紹了一種自主設(shè)計開發(fā)的TCU自動測試工具。主要介紹了基于C#的上位機(jī)軟件的設(shè)計開發(fā)，包括頁面、類庫、測試項(xiàng)目和變量信息的設(shè)計編程，Kvaser CAN通訊庫的使用，XCP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，A2L文件解讀，Excel報告生成等。另外還介紹了CAN-extender的硬件接口和軟件腳本開發(fā)，測試負(fù)載箱電路原理和改裝方法。通過以上項(xiàng)目的研究工作，可以設(shè)計出一種自動測試TCU的試驗(yàn)臺，大大提高量產(chǎn)TCU測試驗(yàn)收的工作效率。關(guān)鍵詞：TCU自動測試;C#軟件編程;XCP協(xié)議;CAN-extender腳本;負(fù)載箱控制中圖分類號：U466? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）02-91-03

Abstract： This paper introduces an automatic testing tool for TCU， which is designed and developed independently. The paper mainly introduces the design and development of PC software based on C#， including the design and programming of user interface， class libraries， test items and variable information， the use of Kvaser CAN communication library， the implementation of XCP protocol， A2L file interpretation， Excel report generation， etc. In addition， the hardware interface and software script development of CAN-extender are introduced， and the circuit principle and modification method of the load box. Through the research work of the above projects， we can design a test-bed for automatic testing TCU， which greatly improves the efficiency of TCU test.Keywords： TCU automatic test; C# software programming; XCP protocol; CAN-extender script; Load box controlCLC NO.： U466? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-91-03

前言

TCU生產(chǎn)過程中，需要對成品TCU電路板進(jìn)行完整的測試驗(yàn)證，便于生產(chǎn)驗(yàn)收和質(zhì)量控制。傳統(tǒng)測試過程需要連好相關(guān)測試負(fù)載后人工操作，撥動控制開關(guān)，使用VISION標(biāo)定工具更改軟件標(biāo)定，觀察指示燈、儀表和測量變量，之后再手動填寫測試報告，不僅效率低下，而且測試人員需要對測試項(xiàng)目和標(biāo)定變量有較深的了解。

為了解決以上問題，本課題設(shè)計了一種自動化的TCU測試工具，通過Windows操作系統(tǒng)下自主開發(fā)的應(yīng)用程序TestTool，與TCU和測試負(fù)載箱進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)TCU的一鍵式測試驗(yàn)證，并生成測試報告。

1 總體方案

總體自動測試方案由PC機(jī)及自主開發(fā)的TestTool軟件，通過Kvaser工具，使用CAN總線和CAN-extender通訊，XCP協(xié)議和待測TCU通訊;CAN-extender將CAN指令轉(zhuǎn)換為電氣信號到繼電器控制負(fù)載箱工作;同時TestTool軟件和待測TCU通過XCP協(xié)議進(jìn)行相關(guān)標(biāo)定測量，負(fù)載箱和TCU在測試工具的控制下共同完成測量，并將測試結(jié)果反饋給TestTool，由TestTool生成測試報告。

2 設(shè)計完成過程

此方案主要包括PC機(jī)軟件工具TestTool的設(shè)計開發(fā)，CAN-extender腳本編寫實(shí)現(xiàn)，負(fù)載箱改裝，其中PC機(jī)軟件工具開發(fā)是方案成功的關(guān)鍵。

2.1 PC工具TestTool設(shè)計

此工具采用Visual Studio 2012平臺，C#語言編寫，主要包括用戶界面，測試項(xiàng)管理類，與TCU通訊的XCP類和方法，與CAN-extender通訊類，生成報告Report類， A2L文件識別，Kvaser API調(diào)用等部分。

2.1.1 用戶界面設(shè)計

因?yàn)榇斯ぞ哂糜谝绘I式測試，用戶界面追求簡單，快捷的風(fēng)格，方便測試人員快速操作和得到測試結(jié)果。

實(shí)際的設(shè)計用戶界面如圖1所示：標(biāo)題表明測試工具用途，測試人員填寫必要的測試信息，導(dǎo)入A2L用于應(yīng)對TCU軟件升級后內(nèi)部變量的地址變更，點(diǎn)擊開始測試后測試程序運(yùn)行，提示窗口顯示測試過程中的提示信息，測試結(jié)果窗口顯示各個測試項(xiàng)目和結(jié)果，進(jìn)度條表示測試進(jìn)程，測試完成后就可以點(diǎn)擊生成報告按鈕生成鎖定的excel測試報告，或者點(diǎn)擊重新測試按鈕重新開始測試。整個測試過程必順序有序執(zhí)行。

2.1.2 測試列表類設(shè)計

對TCU測試而言，包含測試人員，測試件號，測試時間，測試軟件版本，測試結(jié)果等屬性，還包括電源測試，電磁閥測試，低邊高邊輸入輸出等測試項(xiàng)，這些測試項(xiàng)又需要調(diào)用變量信息得到變量地址長度，調(diào)用XCP協(xié)議與TCU通訊，通過CAN-extender控制測試臺工作，才能完成測試。TCU測試包含如下表1的測試項(xiàng)目。

單測試項(xiàng)，如低邊輸出測試的流程如下：1）使能TCU內(nèi)部低邊輸出標(biāo)定量—>2）使能待測管腳的低邊輸出—>3）測量使能狀態(tài)外部電路電壓—>4）關(guān)閉待測管腳的低邊輸出—>5）測量關(guān)閉狀態(tài)外部電路電壓—>6）關(guān)閉TCU內(nèi)部標(biāo)定—>7）記錄兩種狀態(tài)下的電壓并判斷是否合理。

軟件采用面向?qū)ο蟪绦蚓帉?，把上述TCU測試過程自動化抽象化就得到了軟件頂層測試列表類的設(shè)計。測試列表類再調(diào)用其他類共同完成測試，得到測試結(jié)果。下圖2是軟件的類設(shè)計圖。

2.1.3 XCP協(xié)議類設(shè)計

XCP是2003年ASAM（德國自動控制和監(jiān)測系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）對汽車標(biāo)定協(xié)議CCP2.1進(jìn)行擴(kuò)充，制定的XCP協(xié)議。XCP協(xié)議可以集成在多種傳輸層上。

本文介紹的自動測試工具正是應(yīng)用了XCP-on-CAN協(xié)議，采用輪詢方式與TCU通信獲取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了部分XCP協(xié)議定義的連接、密鑰獲取、地址定位、上傳、下載、保持連接、斷開連接等基本命令。XCP類調(diào)用Kvaser API將XCP命令轉(zhuǎn)換為CAN總線報文與TCU通信。

2.1.4 CAN轉(zhuǎn)IO設(shè)計

CAN轉(zhuǎn)IO部分功能是上位機(jī)程序調(diào)用Kvaser API與CAN-extender通信，發(fā)送CAN報文給CAN-extender命令，讀取CAN-extender采集到的數(shù)據(jù)。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)讀和寫的方法，在不同的測試條件下和CAN-extender腳本程序配合，控制CAN-extender管腳工作。

2.1.5 變量信息類設(shè)計

根據(jù)ASAP標(biāo)準(zhǔn)，使用XCP等標(biāo)定協(xié)議進(jìn)行標(biāo)定測量工作需要明確ECU內(nèi)部變量的地址，長度，變量類型，變量范圍等詳細(xì)信息。A2L文件是ASAP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的ECU內(nèi)部數(shù)據(jù)單元描述的規(guī)范文件，標(biāo)定系統(tǒng)所需的ECU 內(nèi)部數(shù)據(jù)單元信息全部記錄在其中，包括設(shè)備參數(shù)信息、接口數(shù)據(jù)信息和ECU 參數(shù)信息。

為應(yīng)對TCU軟件升級引起的內(nèi)部變量地址變更，變量信息類設(shè)計了A2L文件解讀的接口，在測量之前加載與TCU軟件對應(yīng)的A2L文件，更新自動測量軟件的變量信息表與TCU軟件一致。

2.2 CAN-extender及腳本設(shè)計

CAN-extender是VECTOR公司應(yīng)用與CAN總線的可編程輸入/輸出設(shè)備。它可以把數(shù)字量、模擬量信號轉(zhuǎn)換為CAN報文在總線上傳輸。

本文的自動測試方案使用了CAN-extender的8路數(shù)字輸出和8路模擬量輸入用于臺架自動控制和回讀反饋電壓。根據(jù)自編的腳本配置程序轉(zhuǎn)換為CAN報文傳輸給Kvaser，上位機(jī)軟件調(diào)用Kvaser API 控制CAN-extender工作。

使用VECTOR的Gin工具來編寫CAN-extender配置腳本，根據(jù)實(shí)際需要配置接收報文用于控制8路數(shù)字輸出，發(fā)送報文用于反饋8路模擬量值，總線頻率250kbps。

2.3 負(fù)載箱設(shè)計及改裝

根據(jù)TCU硬件資源設(shè)計的測試負(fù)載箱包含供電、高低邊數(shù)字輸入輸出、霍爾傳感器、VR傳感器、PWM輸入、電壓模擬輸入、電磁閥等外部設(shè)備。

如圖3所示，是測試負(fù)載箱的低邊輸出的電路，左邊OUT_LSD_1～8連接到TCU相關(guān)管腳，每路輸出從左到右依次連接電流表、電阻、分路開關(guān)、總開關(guān)，最后接到外部電源。設(shè)計初衷是在TCU內(nèi)部使能和非使能低邊輸出情況下?lián)軇娱_關(guān)，觀察電流表電流，驗(yàn)證TCU硬件電路。這種傳統(tǒng)的測試方法既需要標(biāo)定軟件對TCU內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行使能，又需要手動操作和記錄測試結(jié)果，測試過程效率低下，容易受到人為影響。

現(xiàn)對負(fù)載箱進(jìn)行改造，以第一路低邊輸出為例，保持圖3中分路開關(guān)閉合，改總開關(guān)為繼電器使其受CAN-extender輸出控制，并將A點(diǎn)B點(diǎn)接入CAN-extender的模擬量輸入端口，這樣當(dāng)自動測試開始時上位機(jī)測試工具控制繼電器閉合，并與TCU通信，在使能和非使能狀態(tài)下通過CAN-extender讀取A、B兩點(diǎn)之間的電壓，自動判斷電路狀態(tài)并記錄。同樣根據(jù)不同的測試流程改裝其他電路，使負(fù)載箱滿足自動測試需要。

3 驗(yàn)證

傳統(tǒng)測試方案熟練的測試人員單人單件TCU測試完成需要20分鐘，采用此方案5分鐘即可完成測試，工作效率提高效果非常明顯。而且對于每次測試，工具都生成不可更改的測試報告，方便產(chǎn)品管理和壞件追蹤。實(shí)際中此方案已經(jīng)應(yīng)用到TCU的生產(chǎn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，效果良好，對壞件檢索快速，故障定位準(zhǔn)確，一定程度上消除了TCU測試驗(yàn)證工作對于自動變速箱的生產(chǎn)要求和市場供應(yīng)的不良影響，提高了產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

本文立足實(shí)際需求，將標(biāo)定、測試、觀察記錄過程使用IT技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了自動化解決方案，節(jié)約了成本，提高了效率。

隨著變速箱產(chǎn)品自動化，智能化程度越來越高，電子設(shè)備的應(yīng)用也將更加廣泛，TCU產(chǎn)品的市場需求會越來越大，生產(chǎn)節(jié)奏將越來越快。如何快速驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量，保證產(chǎn)品的可靠性已經(jīng)成為一個現(xiàn)實(shí)問題。單靠人力已經(jīng)無法滿足要求，引入定制化、自動化的一攬子測試驗(yàn)證解決方案勢在必行。本文的方案提供了一種車輛自動化電子設(shè)備測試驗(yàn)證的典型范例。

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