汽車電子技術(shù)起源于上世紀(jì)90年代，而隨著汽車電子化的方便、舒適性等特點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)，該技術(shù)被迅速普及于汽車的各個(gè)部分。從廣義上看，汽車電子包括基礎(chǔ)元器件、電子零部件、車載電子整機(jī)、機(jī)電一體化的電子控制系統(tǒng)(ECU)、整車分布式電子控制系統(tǒng)及與汽車電子有關(guān)的車外電子系統(tǒng)等軟硬件部分。從發(fā)動(dòng)機(jī)到車窗，從安全氣囊的控制裝置到剎車系統(tǒng)，都有電子設(shè)備的身影。

汽車電子化被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展史上的一次革命。電子化程度則被認(rèn)為是衡量汽車技術(shù)發(fā)展程度的重要標(biāo)志之一。而衡量汽車電子化程度的指標(biāo)主要有兩個(gè)方面：

1、電子裝置成本在整車成本結(jié)構(gòu)中的比重

目前我國汽車電子系統(tǒng)在中高端車型的成本占比在30%-40%，在純電動(dòng)轎車中的占比可達(dá)65%左右。

2、單元微型計(jì)算機(jī)ECU應(yīng)用數(shù)量

汽車中ECU使用數(shù)量也不斷增加，而具有代表性的就是CAN總線控制器的應(yīng)用。CAN總線的配置給電控單元的應(yīng)用提供了靈活的設(shè)計(jì)平臺(tái)，這將是電子系統(tǒng)應(yīng)用的新起點(diǎn)。目前車用ECU的最高使用數(shù)量在一輛車中高達(dá)到了50個(gè)以上。正是這些ECU構(gòu)成了整個(gè)汽車的控制系統(tǒng)中樞。

圖一汽車電子技術(shù)發(fā)展

汽車電子技術(shù)及測試

目前在汽車的各個(gè)部分均有汽車電子部件的存在，如圖二所示。而將這些電子系統(tǒng)按照功能分類，大致可以分為以下幾個(gè)部分：

1、動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)電控：

發(fā)動(dòng)機(jī)電噴、自動(dòng)變速箱、自動(dòng)無級(jí)冷卻扇、進(jìn)氣增壓、全時(shí)全輪驅(qū)動(dòng)、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制。

2、行使穩(wěn)定系統(tǒng)電控：

防抱死系統(tǒng)ABS、行駛穩(wěn)定性控制ESP、牽引力控制TCS、剎車力分配系統(tǒng)EBD、平行停車協(xié)助。

3、安全系統(tǒng)及舒適性電控：

自動(dòng)空調(diào)、巡航控制、適時(shí)/瞬時(shí)懸置阻尼控制（ABC、RACU）、前燈光自適應(yīng)控制、防盜、自動(dòng)門鎖系統(tǒng)、自動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

4、娛樂及信息系統(tǒng)：

儀表、CAN總線及控制模塊、導(dǎo)航GPS、DVD、娛樂系統(tǒng)、燈光控制。

5、油耗經(jīng)濟(jì)性控制：

電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)EPS、混合動(dòng)力、電剎車。

圖二電子控制單元在整車中的分布

在上文提到的這些系統(tǒng)，均是以嵌入式結(jié)構(gòu)為核心設(shè)計(jì)的，而各個(gè)系統(tǒng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)則又不得不提到CAN總線技術(shù)。可以說在現(xiàn)行的汽車電子技術(shù)領(lǐng)域，嵌入式技術(shù)和CAN總線技術(shù)是技術(shù)核心，這兩種技術(shù)的發(fā)展程度直接決定了汽車電子技術(shù)的技術(shù)水平。

一個(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對(duì)象，它可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡單，如手機(jī)上的一個(gè)微小型的電機(jī)，當(dāng)手機(jī)處于震動(dòng)接收狀態(tài)時(shí)打開；也可以很復(fù)雜，如SONY 智能機(jī)器狗，上面集成了多個(gè)微小型控制電機(jī)和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜的動(dòng)作和感受各種狀態(tài)信息。

6、CAN

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerArea Network, CAN)的簡稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。CAN的出現(xiàn)使車載設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化成為了可能。

圖三車載網(wǎng)絡(luò)示意圖

測試技術(shù)

按照測試技術(shù)的發(fā)展程度分類，測試技術(shù)可以分為3類：

1，定性測試

這種測試手段比較原始，具體的操作方法是將被測件應(yīng)用在他的其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適用環(huán)境中，如果被測件可以適應(yīng)使用環(huán)境，那么認(rèn)為合格，反之認(rèn)為不合格。這是在測試工具極端匱乏和測試技術(shù)低下的情況下采用的不得已測試方法。這種原始的測試方法使測試人員“知其然而不知其所以然”，產(chǎn)品的通用性極差，對(duì)于產(chǎn)品的改進(jìn)也沒有任何幫助。

2，定量測試

隨著技術(shù)的發(fā)展，測試設(shè)備的不斷出現(xiàn)并完善，測試技術(shù)發(fā)展到定量測試階段。即使用測試儀器，按照設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)被測件進(jìn)行檢測，符合規(guī)范的即為合格，反之不合格。這是測試技術(shù)走向“文明化”的標(biāo)志，這種測試手段使得產(chǎn)品向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，同時(shí)測試的數(shù)據(jù)也為產(chǎn)品的改進(jìn)和換代提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)。這種測試手段是當(dāng)前主流的測試手段。

3，系統(tǒng)化測試

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于一款產(chǎn)品來說要測試的參數(shù)明顯增多了。例如在國標(biāo)文件《QC T 549-1999 汽車倒車報(bào)警器》中規(guī)定汽車報(bào)警器需要通過的電學(xué)測試多達(dá)10項(xiàng)，而在整個(gè)汽車中這樣的模塊數(shù)十個(gè)。在這種情況下，為了兼顧產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率，系統(tǒng)化測試成為了測試工程師的最佳選擇。

測試技術(shù)分析

現(xiàn)代電子產(chǎn)品的測試就其場所來分基本上都可以分為研發(fā)和生產(chǎn)兩個(gè)部分。而汽車產(chǎn)品本身是由多系統(tǒng)組成的，因此汽車的生產(chǎn)是一個(gè)社會(huì)分工協(xié)作的過程，于是汽車電子的測試分為多個(gè)部分：

電子零部件的測試。例如汽車傳感器測試；

通信網(wǎng)絡(luò)測試。例如儀表盤的CAN總線通訊測試；

各個(gè)嵌入式控制器測試。這些模塊都是典型的嵌入式設(shè)備；

其他電子設(shè)備測試。例如汽車門鎖、汽車鑰匙、胎壓、車載收音機(jī)、離合器等。

每個(gè)部分的測試技術(shù)和方法都有自己的特點(diǎn)，而控制器則是典型的嵌入式設(shè)備，其測試手段也和通常的嵌入式設(shè)備測試大同小異，在這里不做分析，下面針對(duì)余下三個(gè)方面一一分析介紹。

電子零部件測試

汽車上使用了眾多的電子零部件，例如廣播天線、各種傳感器、各種燈具等。而考慮到零件生產(chǎn)測試的獨(dú)立性和部件在汽車上的使用情況，下面著重分析汽車傳感器及其測試技術(shù)。

圖四 NS-B型壓力傳感器

傳感器是汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等，轉(zhuǎn)化成電訊號(hào)輸給計(jì)算機(jī)，以便發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。根據(jù)傳感器在汽車中的作用，可以分類為測量溫度、壓力、流量、位置、氣體濃度、速度、光亮度、干濕度、距離等功能的傳感器。不同類型的傳感器在汽車上也會(huì)有許多不同的應(yīng)用，

例如壓力傳感器。汽車壓力傳感器有很多種，用途也不一樣：

1、機(jī)油壓力傳感器——用于測量潤滑油的壓力；

2、燃油壓力傳感器——用于測量燃油泵后的燃料管內(nèi)燃油壓力；

3、共軌壓力傳感器——測量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)共軌噴射系統(tǒng)中軌內(nèi)燃油壓力；

4、車用空調(diào)高低壓傳感器——測量車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)中冷凝劑的壓力；

5、空氣壓力傳感器——用于測量進(jìn)氣、增壓渦輪后端以及進(jìn)氣歧管內(nèi)空氣壓力；

6、胎壓傳感器——測量輪胎內(nèi)氣壓；

7、缸壓傳感器——測量汽缸內(nèi)壓力；

8、差壓傳感器——測量尾氣顆粒捕捉器兩端壓力差；

9、剎車壓力傳感器——測量剎車液壓或氣壓壓力。

傳感器的輸出信號(hào)類型主要有：

電壓。例如絕大多數(shù)的壓力傳感器輸出的是直流電壓，電壓范圍通常在0.5～4.5VDC；

圖五爆震傳感器輸出的信號(hào)（CH4）

電流。例如上海某儀表廠的NS-I1型壓力變送器輸出電流為4～20mA；

頻率。大部分轉(zhuǎn)速傳感器以及扭矩傳感器輸出的信號(hào)為頻率。例如JN338型扭矩傳感器輸出的就是10K～15KHz的頻率信號(hào)；

波形及其他類型。例如北京某發(fā)動(dòng)機(jī)研究所設(shè)計(jì)的爆震傳感器輸出的就是一個(gè)類似于噪聲的波形。

傳感器測試對(duì)設(shè)備的要求最主要的一點(diǎn)就是精度，因?yàn)閭鞲衅鬏敵龅男盘?hào)范圍相對(duì)來說比較小，而測試范圍卻比較大。拿NS-I1型壓力傳感器來說，首先其輸入壓力范圍最高可以從0到100MPa，而輸出只是4～20mA，1uA換算出來的絕對(duì)壓力值將近5Kpa；其次，傳感器本身要求的精度為0.1%，那么對(duì)測試設(shè)備的要求就遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于這個(gè)指標(biāo)，因此適合傳感器測試的設(shè)備主要為高精度數(shù)字萬用表。例如RIGOL的DM3068萬用表，其20mA直流電流測試精度達(dá)到0.05%/年，直流電壓精確度更是達(dá)到了0.0035%/年。

圖六RIGOLDM3068高精度數(shù)字萬用表

與傳感器工作在一起的是信號(hào)處理單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在這些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中需要以傳感器設(shè)計(jì)輸出信號(hào)作為激勵(lì)，再測試電路的響應(yīng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀況。而在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境讓一些傳感器實(shí)時(shí)輸出信號(hào)作為激勵(lì)是不現(xiàn)實(shí)的，例如機(jī)油壓力、燃料壓力等傳感器，這就給產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測試帶來了第一個(gè)技術(shù)上的挑戰(zhàn)：激勵(lì)信號(hào)的模擬問題；有些實(shí)驗(yàn)是要基于較長時(shí)間的動(dòng)態(tài)信號(hào)，而要模擬這個(gè)信號(hào)就需要首先捕捉這個(gè)信號(hào)，那么就需要儀器有較長的記錄范圍，而測試信號(hào)波形的儀器首選示波器，反映在示波器中就是波形存儲(chǔ)深度這個(gè)參數(shù)。

圖七轉(zhuǎn)速傳感器與處理電路單元

在這個(gè)應(yīng)用過程中，需要采用示波器采集——信號(hào)源模擬的模式，儀器設(shè)計(jì)者發(fā)揮自己的聰明才智，設(shè)計(jì)了一個(gè)“無縫互聯(lián)”的功能。即：使用數(shù)據(jù)線（有的使用U盤中轉(zhuǎn)一次）連接示波器和信號(hào)源，然后直接將示波器采集到的信號(hào)波形數(shù)據(jù)傳輸給信號(hào)源，讓信號(hào)源直接模擬這個(gè)信號(hào)。

表一傳感器測試對(duì)于儀器的要求

綜上所述，整個(gè)傳感器測試的過程中對(duì)儀器的要求有以下幾點(diǎn)：

通信網(wǎng)絡(luò)測試

汽車的各個(gè)電路模塊和控制單元是通過汽車通訊網(wǎng)絡(luò)連接在一起進(jìn)行工作的，而在汽車中最常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，當(dāng)屬CAN總線了。

CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。在汽車中，CAN總線擔(dān)負(fù)著連接傳感器終端和控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使整個(gè)汽車系統(tǒng)呈現(xiàn)一體化、網(wǎng)絡(luò)化的重要責(zé)任，其傳輸速度可以達(dá)到1Mbit/s。當(dāng)然在不同的系統(tǒng)間其位傳輸速率有可能是不一樣的。較之目前許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言, 基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：

l 網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)

l 開發(fā)周期短

l 已形成國際通用標(biāo)準(zhǔn)

圖八 CAN總線在整車管理系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)

在CAN總線的測試過程中，我們往往關(guān)注以下幾個(gè)方面的參數(shù)：

1，CAN_L和CAN_H的對(duì)稱性

CAN總線的兩條數(shù)據(jù)線呈差分方式傳輸，分別命名為CAN_H和CAN_L，他們以2.5V電壓為對(duì)稱中心分布。在實(shí)際的系統(tǒng)中，這兩條線可能會(huì)因?yàn)閭鬏斞舆t、毛刺等原因造成不對(duì)稱，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸異常。

圖九不帶載的CAN總線信號(hào)

2，CAN解碼

對(duì)于一個(gè)總線信號(hào)，在測試過程中不可避免的要對(duì)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解析，因此就需要測試設(shè)備具備對(duì)CAN總線解碼的功能。

3，“眼圖測試”

CAN總線在傳輸過程中會(huì)因?yàn)樨?fù)載效應(yīng)，兩條數(shù)據(jù)線分別被拉低和抬高，形成了類似于光纖測試中眼圖的效果，而CAN總線的測試也需要測試這個(gè)“眼睛”的張開程度，即圖九中CAN_L（藍(lán)色線）的高電平減去CAN_H（黃色線）的低電平的幅度。

圖十某汽車儀表盤CAN總線測試現(xiàn)場

CAN以外，汽車上常用的總線協(xié)議還有LIN總線和FlexRay總線，其測試手段和CAN總線有相似之處，在這里不再介紹。

其他電子設(shè)備測試

在汽車上除了用到車身控制器、儀表盤、傳感器等等通用設(shè)備以外，根據(jù)汽車的配置不同，還會(huì)配備有其他的一些電子設(shè)備。例如汽車遙控門鎖、制動(dòng)器、車載音響、點(diǎn)火器等等。這些設(shè)備的測試往往有自己的特點(diǎn)。

老化測試或者耐久測試

汽車是在陸地上長時(shí)間高速行駛的機(jī)電裝置，人們對(duì)他的安全性能和舒適性能要求比較高，因此對(duì)于某些裝置需要進(jìn)行老化和耐久測試，以驗(yàn)證裝置的可靠性和安全使用期限。在這種測試需求的裝置中，最典型的就是制動(dòng)器，俗稱剎車。

制動(dòng)器分為摩擦式和電磁式等多種類型，汽車中常用的是摩擦式制動(dòng)器。制動(dòng)器測試的時(shí)候需要測試多路信號(hào)，例如轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)、電源信號(hào)、制動(dòng)力矩（通過力矩傳感器）等，因此需要多通道示波器；而在進(jìn)行耐久性測試的時(shí)候往往需要連續(xù)不斷的測試數(shù)十萬次，而人工測試顯然很難完成這個(gè)艱巨任務(wù)，因此需要自動(dòng)化測試系統(tǒng)來完成這項(xiàng)工作。

圖十一制動(dòng)器自動(dòng)化測試現(xiàn)場

高壓測試

汽車點(diǎn)火器的測試是整個(gè)汽車測試中唯一的高壓測試。

點(diǎn)火線圈在點(diǎn)火時(shí)會(huì)產(chǎn)生上萬伏的瞬間電壓，測試這個(gè)點(diǎn)火波形的時(shí)候主要測試下面幾個(gè)參數(shù)：

1、電壓

點(diǎn)火器的輸出電壓必須大于一定的限值，否則難以激發(fā)出電火花，造成點(diǎn)火失敗；

2、波形

點(diǎn)火器的電壓波形應(yīng)該呈現(xiàn)單脈沖式（有的型號(hào)呈現(xiàn)出連續(xù)多脈沖的波形），脈沖不能出現(xiàn)震蕩，否則可能有漏電；

圖十二點(diǎn)火器正常波形和漏電波形

3、脈寬

點(diǎn)火脈沖需要持續(xù)一段時(shí)間，否則可能因?yàn)殡娀鸹ǔ掷m(xù)時(shí)間過短，而造成點(diǎn)火失敗。

圖十三 點(diǎn)火器自動(dòng)化測試平臺(tái)

頻域測試

汽車中遙控鑰匙和廣播天線等設(shè)備的測試需要測試頻率準(zhǔn)確度，發(fā)射功率，調(diào)制度；對(duì)胎壓檢測模塊還需要確定接收靈敏度指標(biāo)。這些測試可以用頻譜分析儀和射頻信號(hào)源完成。

RIGOL是業(yè)界領(lǐng)先的，從事測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的國家高新技術(shù)企業(yè)，是中國電子儀器行業(yè)協(xié)會(huì)、中國儀器儀表協(xié)會(huì)會(huì)員。公司已申請(qǐng)發(fā)明專利超過500項(xiàng)，填補(bǔ)了多項(xiàng)國家空白。產(chǎn)品遠(yuǎn)銷美、英、法、德、俄、日、韓等70多個(gè)國家和地區(qū)。