汽車電子控制單元測試系統(tǒng)設(shè)計的過程分析

　SAE預(yù)測，到2010年，汽車中的電子設(shè)備平均將占到總價格的 40%!以美元為單位，2008年獨(dú)立半導(dǎo)體器件的銷售額約為200億(源自Databeans公司的市場調(diào)查)。這一數(shù)字因為眾所周知的原因在2009年將有所下降，但這是暫時性的，因為汽車?yán)锩嬉呀?jīng)再也不能沒有電子設(shè)備了。噴射系統(tǒng)，燃油控制，導(dǎo)航，安全系統(tǒng)全部在由電子設(shè)備控制。

　　所以，作為測試工程師，我們該如何處理下一代汽車電子控制單元(ElectronicControl Unit，ECU)裝配之前的復(fù)雜測試呢?什么樣的測試系統(tǒng)——我要強(qiáng)調(diào)的是“系統(tǒng)”，沒有任何單一的ATE平臺能夠完成所有的測試工作——是最合適的。在這篇短文中，我將努力使您更加了解各種應(yīng)用與測試策略。至少我希望幫助您理清思路，這樣您可以更加準(zhǔn)確地向系統(tǒng)集成商和/或ATE供應(yīng)商提問，并幫助您作出正確的選擇?！　?/P>

　　產(chǎn)品開發(fā)

　　當(dāng)然，所有新設(shè)計的產(chǎn)品在發(fā)布之前都要經(jīng)過驗證與測試。在實(shí)驗室測試策略中HILs(Hardware In the Loop)越發(fā)顯得重要。一般來講，這是主要用于測試ECU在遇到外部故障情況時的響應(yīng)，一般故障包括：丟失信號，短路到地或Vbat，或是錯誤數(shù)據(jù)。在 ATE行業(yè)中通常選擇故障注入開關(guān)系統(tǒng)(Fault Insertions switching system)實(shí)現(xiàn)這種測試。有幾家公司提供我上面提到的故障生成/注入的硬件設(shè)備。因為在汽車中ECU的安全性至關(guān)重要，所以高水平的此類測試也同樣非常重要。

　　過程測試

　　在裝配和品質(zhì)測試的過程中，汽車工業(yè)在引進(jìn)新技術(shù)方面顯得有些保守。根據(jù)INEMI(International Electronics Manufacturing Initiative - http://www.inemi.org/)的報告，汽車工業(yè)在引進(jìn)小尺寸封裝的PCB方面落后于其它行業(yè)。主要的影響因素是使用環(huán)境——溫度范圍 -40~+250攝氏度(尾氣傳感器的工作溫度可達(dá)580攝氏度)，多G的震動都要求其結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要遠(yuǎn)高于一般行業(yè)，如家用電腦。原器件密度也同樣比其它消費(fèi)產(chǎn)品低很多。另外，在未來一段時間內(nèi)，汽車上的大部分時鐘也不會超過150MHz，測試點(diǎn)仍舊是在機(jī)械和電氣上可觸及的形式。這些信息表明ICT測試(In-circuit testing在線測試)在未來幾年內(nèi)仍將在裝配線上占據(jù)重要位置。

　　AOI(Automated Optical Inspection自動光學(xué)檢查)也很重要。對于電氣連接受限的ECU，AOI是最經(jīng)濟(jì)的加工測試方法。由于汽車ECU通常包含很多大功率——同時也是大尺寸的——器件如繼電器、線圈等，所以光學(xué)檢測時相機(jī)的高度和對ECU上大小器件同時對焦的能力非常重要。

　　出于質(zhì)保和可靠性的考慮，在汽車工業(yè)中也非?？粗匕袮XI(Automatic X-Ray Inspection自動X射線檢測)做為測試策略的一部分。因為BGA封裝的器件引腳數(shù)很多，所以驗證所有引腳都焊接牢固非常重要，特別是對于那些涉及到安全性的ECU：如ABS防抱死系統(tǒng)、安全氣囊控制器、主動式安全系統(tǒng)和線傳控制(X by Wire)等。因為汽車的轉(zhuǎn)向和剎車(即將實(shí)現(xiàn))全電子控制，所以在不遠(yuǎn)的將來，這些測試將至關(guān)重要。

　　因為光學(xué)檢查看不到BGA芯片底下的部分，而且事實(shí)上不是所有的I/O都有引出端，所以AXI在測試策略中的重要性日益提高。盡管受到2008和2009經(jīng)濟(jì)衰退的影響，全世界年均新購的汽車數(shù)量仍高達(dá)5千萬輛(數(shù)據(jù)源自Automotive News – http://www.autonews.com/)。

　　目前的 AXI系統(tǒng)檢測速度很低(3D X射線檢測約為0.6平方英寸/秒，2D X射線檢測約為6平方英寸/秒)。如果提高檢測速度則ATE制造商也要相應(yīng)提高設(shè)備的分析速度，由此導(dǎo)致的成本上升在對成本敏感的汽車業(yè)中也是個重要的考慮因素。在很多情況下，可以通過對ECU進(jìn)行部分X射線檢測，對其它部分采用AOI或ICT檢測的方式以保證生產(chǎn)線的效率。

　　各種不同類型需求

　　EOL的復(fù)雜性決定了測試的困難度，因為這里的任務(wù)是模擬真實(shí)的工作環(huán)境，所以完成這些復(fù)雜的測試需要做完善的計劃。ECU有一些需求要在功能測試系統(tǒng)中加以考慮，包括：

　　電源需求：電子控制單元決定何時驅(qū)動如馬達(dá)和線圈等機(jī)電設(shè)備工作。按照當(dāng)前的汽車電源總線的12V標(biāo)準(zhǔn)，這意味著可能出現(xiàn)很大的電流–電動助力轉(zhuǎn)向需要高達(dá) 100A!V8發(fā)動機(jī)上的可變氣門執(zhí)行器需要高達(dá)2400W的峰值功率!相當(dāng)于12V電壓下電流峰值可達(dá)200A!所以合適的開關(guān)規(guī)范和冷卻能力相當(dāng)重要。

　　混合動力汽車：動力系統(tǒng)的點(diǎn)煙可能高達(dá)300V，但是大部分外圍設(shè)備——如車燈、娛樂與車載儀器設(shè)備——運(yùn)行在很低的電壓下。所以在這類設(shè)計中通常有電壓轉(zhuǎn)換。而且因為300VDC的電壓比較危險，所以測試計劃中必須考慮隔離測試以保證安全性。

　　串行通訊：汽車工業(yè)已經(jīng)接受了網(wǎng)絡(luò)的概念，或者按照他們自己的說法叫做“多路連接”——按照汽車中各個ECU的連接結(jié)構(gòu)。多路技術(shù)已經(jīng)用于顯示診斷、安全與性能等信息(例如速度表已經(jīng)不再由單獨(dú)的電纜來驅(qū)動)，并且現(xiàn)在也用于娛樂與導(dǎo)航方面。但是，實(shí)際上使用的協(xié)議過多是個問題。

　　CAN(Controller Area Network)是應(yīng)用最廣泛的，K-Line和LIN(Local Interconnect Network)也應(yīng)用比較廣泛。還有其它如用于電傳線控和主動安全保護(hù)的實(shí)時協(xié)議如FlexRay和TTP(Time-Triggered Protocol)以及光纖協(xié)議如MOST(Media Oriented System Transport)和IDB1394(派生自IEEE-1394,或稱作FireWire)，這些通常用于娛樂和車載通訊的協(xié)議目前主要用于高端的汽車，將來如果價格降低也可以應(yīng)用在中低端產(chǎn)品中。

　　有一些組織如AUTOSAR(Automotive Open System Architecture - http://www.autosar.org)正在尋求簡化ECU開發(fā)與互聯(lián)通訊的方法–但是實(shí)現(xiàn)起來需要一定時間。所以現(xiàn)在不論您是購買還是搭建的測試系統(tǒng)，您必須處理各種各樣的不同的協(xié)議。

　　RF應(yīng)用：在汽車ECU測試中AM/FM廣播,RF與微波測試已經(jīng)應(yīng)用更加廣泛。與移動電話互聯(lián)的藍(lán)牙(Bluetooth?)接口已經(jīng)在低成本的汽車中廣泛應(yīng)用。IEEE報道過使用BAP(Bluetooth Access Points)建立微型網(wǎng)絡(luò)的概念設(shè)計。這個設(shè)計的目標(biāo)是可以避免設(shè)備識別時的沖突問題。最后，還有交互式巡航控制，主要使用雷達(dá)波段(40GHz)用于保持安全車距。

　　結(jié)束語

　　電壓12V到300V–電流最高達(dá)200A–帶寬從DC到光波–這是多么巨大的挑戰(zhàn)!很明顯我在這里我無法給您全部的答案–相關(guān)的書籍已經(jīng)充分講解了這些話題。但是希望通過這篇文章您已經(jīng)有了多一些的想法，可以使您的工作更加輕松一點(diǎn)——也使我們的汽車更加安全和舒適。