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北京中科泛華測控技術有限公司 開發工程師 闞宏偉
隨著汽車電子技術的迅猛發展，隨著消費者對于舒適性和易用性要求的不斷提高，隨著越來越多的電子裝置日趨走向智能化、復雜化，產品生產過程的檢測手段面臨著嚴峻挑戰——單個獨立的測試儀器已經難以滿足不同種類產品多樣性的測試需求。因此，柔性測試技術和基于柔性測試技術的解決方案應運而生。
一.柔性測試技術
柔性測試技術是以相關技術為依托，滿足測試測量需求的技術；它以虛擬儀器技術、測試測量技術、機電一體化技術、軟件技術、通信及網絡技術為核心，是現代測試技術的代表之一。柔性測試技術具有如下特性：
- 適應性：滿足多種測試環境要求，提供多種測試性能，融合多種信號測試能力；
- 靈活性：根據客戶需求變換測試系統的功能及性能，應用多種技術滿足測試要求；
- 拓展性：跟隨相關技術的發展，保證應用系統的先進性，實現測試能力的不斷進步。
泛華測控在總結以往經驗的基礎上，結合各種行業需求，針對電子產品的生產測試，開發了一系列解決方案。其中，基于柔性測試技術構建的汽車傳感器測試系統，集中體現了經濟、實用、高效的優點。
二.汽車傳感器測試需求分析
目前，汽車上所使用的控制系統從功能上可分為傳感器單元、控制單元和執行單元部分。其中傳感器單元是汽車智能化高技術的標志，具有獨特而重要的地位。其質量的優劣直接影響著能否對汽車其他部位的有效監測和控制，從而影響汽車的整體性能。因此，在傳感器出廠或安裝到整車前，汽車生產廠商或整車生產廠商需要一種手段來對傳感器進行評價和驗證。泛華測控的汽車傳感器測試系統就是這種產品質量檢測的設備。
傳感器的檢測設備需滿足如下幾點要求：
第一，需要系統提供傳感器正常工作的仿真環境，如馬達帶動目標輪旋轉模擬傳感器的激勵源、傳感器供電電源等；
第二，能夠對被測對象的動態、靜態參數進行準確測量；
第三，雖然常用的汽車輪速/位置傳感器在原理上基本可以分為主動式(霍爾式)、被動式(磁電式)兩類，但是由于廠商的差異、車型的差異，甚至是應用環境的差異，其結構千差萬別。而給每種結構的傳感器都配備一套測試設備，從成本等方面考慮是不可行的，這就要求測試設備能夠達到一定程度的通用性；
第四，生產上效率是一個關鍵因素，所以要求檢測設備應該是一個比較自動化的測試系統，工件壓緊、測件定位、信號連接、工件卸載等都由系統自動實現；
第五，為保證生產質量，設備需要具備一定的生產過程統計能力，并能夠有助于減少由于人為原因造成的生產質量的降低。
傳感器測試系統主要用于在生產線上對汽車傳感器進行終檢測試，能夠滿足主動式和被動式汽車輪速傳感器的各種參數的測試。
系統能夠對主動式和被動式傳感器進行測試，具體測試參數包括：
(1)主動式：
傳感器輸出高電流(Ion)、傳感器輸出低電流(Ioff)、電流比(Iratio)、波形上升時間(Tr)、波形下降時間(Tf)、波形占空比(Duty)、頻率(Frequency)、電容(Cp)。
(2)被動式：
信號電壓(Vpp)、線圈電阻(R-coil)、線圈電感(I-coil)等。
三.系統設計
傳感器的動、靜態參數測量是測試系統的核心內容，系統需要有較高的測試精度和重復精度，對某些測試參數需要根據實際情況自定義測試算法。虛擬儀器技術是以計算機技術為核心的測試測量技術，既滿足上述系統的軟、硬件要求，又具有很強的擴展性，故選用虛擬儀器作為開發的技術手段。此外，系統需要提供IO接口對外部氣缸動作進行控制，需要運動控制卡對轉速進行精確控制，是一套“機”、“電”、“軟”結合的柔性測試系統。
系統原理如圖1示，傳感器測試系統的核心是PXI系統，主要由控制器、萬用表模塊、示波器模塊、數字I/O模塊、矩陣開關模塊、運動控制模塊等組成。PXI系統內部通過PXI總線進行數據傳輸。
控制器通過顯示器、鼠標、鍵盤實現人機交互。
萬用表模塊和示波器模塊通過矩陣開關的切換，實現對被測傳感器的電阻、電流、電感、電容測試。
數字I/O模塊的功能是對報警系統和指示燈的控制，以及監視測試啟動開關、光電傳感器、等的狀態。
運動控制模塊主要是控制伺服電機的運動，使其帶動目標輪按設定的參數運轉，激勵被測傳感器產生信號。
矩陣開關模塊配合萬用表模塊及示波器模塊使用，完成傳感器信號、供電電源和間隙信號到不同設備的切換。
此外，通過計算機對電源進行控制，提供被測傳感器的供電要求。
圖1試系統原理圖軟件設計
就目前的市場來看，汽車傳感器沒有一個統一的行業標準，基本上都是按照使用者的要求定制的，譬如目標輪及其轉速、空氣氣隙和傳感器的安裝尺寸各不相同，即使是傳感器裝配到同一種車型上，也會隨著安裝位置的不同而存在差異。那么，同一臺設備不可能滿足全部傳感器的測試要求，由此引入模塊化的設計思想，即系統中相同的部分，如測試儀器、測試軟件、氣動控制系統、主電路系統，作為公用資源（這里我們稱之為“主機”）；對于系統中要求隨著傳感器變化的部分，如目標輪及馬達、夾具及專用電路，作為模塊的形式。主機和模塊之間采用快插的方式完成電氣的連接，并且接口標準化，滿足后續的擴展需求。當測試不同傳感器時選用不同的測試模塊連接到主機上即可（如圖1）。
各種傳感器的測試內容大致相同，但仍然存在一定的差異性，這就要求測試軟件要在一定范圍內能對測試內容進行增刪和編輯。因此設計中自定義了腳本文件（包含各種端口分配信息、測試內容和測試步驟等），軟件按照這個腳本文件執行操作。針對不同傳感器的測試，提供對應的腳本文件，便可解決軟件的復用問題。
此外，系統在不同的模塊上安置了特殊設計的專用電路，當模塊插入主機后，軟件將會根據專用電路自動識別模塊，并調出對應的測試參數，讓模塊更換更加方便快捷。
四.系統特點
(1)測試接口采用模塊化設計，同一工作臺通過更換測試模塊的方式可提供對多種傳感器的測試（圖2為向某客戶提供的汽車傳感器生產線檢測用的汽車傳感器測試模塊），系統的適應性強；
圖2測試模塊
(2)機電結合的自動化設計，單件測試時間小于12秒的測試速度，適應生產線在線檢測要求；
(3)基于柔性測試技術，測試精度穩定，滿足GRR測試需求；
(4)智能的自動化測試程序，提高測試效率和可靠性。
五.總結
綜上所述，汽車傳感器測試系統中集中體現了結構模塊化、接口模塊化及軟件組件化的設計思想，有機融合了機電一體化技術、虛擬儀器技術、軟件技術等多種技術，充分體現了柔性測試技術靈活性、適應性和拓展性的特點，提高了檢測效率，降低了檢測成本，保證了產品質量。
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