工程师如何满足日益复杂的汽车电子测试测量需求

随着汽车变得更加智能，现代汽车正在经历一场巨大的变革。电气化、主动安全和V2X等趋势将改变我们对交通运输和生活方式。

一开始的备用摄像头和停车辅助等便利功能现在已演变成紧急制动等救生功能。汽车也正在成为它们自己的微电网，不仅能够存储能量，还能通过再生制动等技术恢复能量。但强大的力量也伴随着巨大的责任。

这一责任直接置于汽车测试部门的肩上，他们必须开发测试功能来确保这些系统的质量、可靠性和安全性。本文将探讨这些趋势所带来的汽车挑战，以及测试工具如何不断发展才能跟上创新的步伐。

加强所有汽车的安全性和机动性

每年全球交通事故造成超过125万人死亡，数百万人受伤(1)。随着汽车朝着自动驾驶方向发展，驾驶员通过先进的驾驶辅助系统（ADAS）获得了更高的安全性。为减少交通事故死亡率和改善机动性所做的努力将产生巨大的潜在影响，但不幸的是，今天进行上路测试的自动驾驶汽车却增加了这一交通事故率。

为确保这些汽车比人类驾驶员更安全，必须进行更严格的测试，提供可信赖且可溯源的结果，以验证多个子系统和软件算法是否正常运行。自动驾驶汽车将产生前所未有的大量数据（系统必须模拟行驶1.4亿公里，以证明它们与人类驾驶员一样安全），但采集数据并不是主要挑战。这些安全系统的重要性要求对细节极度关注，以及能够通过数据分析测试期间出现故障的确切原因。在测试过程的任何步骤中，不善的数据管理都会导致产品开发出现问题或得出错误的结论。

为了快速获得所需的信息、保持可追溯性并基于数据做出决策，工程师必须能够对车辆测试产生的数TB数据进行搜索、处理并生成报告。

电气化的角逐  

全球超过五分之一的温室气体是由交通工具排放的(2)。对气候变化日益增长的担忧要求汽车制造商遵守更严格的燃油效率法规，以减少二氧化碳排放。此外，世界各国政府都宣布要求在特定日期之后只能出售一定数量的内燃机汽车，甚至禁止出售内燃机汽车。例如，德国和英国分别确定了2030年和2040年之前禁止销售新汽油和柴油车辆的最后期限。

图1.汽车制造商正在竞相设计更智能的动力总成系统，以符合严格的燃油效率法规。

在重新设计智能动力总成系统方面，混合动力和全电动汽车处于领先地位。汽车动力总成的电气化提供更大动力、更低排放和更舒适的驾驶员体验，但是高功率电子设备和更快的控制速率使这些部件非常难以验证。尤其是混合动力电动汽车集成了两种不同的动力总成技术，大大增加了测试的复杂性。

例如，电池组必须在各种情况下特性分析，因为电荷和放电特性在很大程度上取决于温度，而且电池组必须在设计的规格内安全地工作而不影响其他子系统。为了满足受到行业竞争和政府法规推动而日益紧迫的上市时间要求，以及应对日益增加的测试复杂性，汽车制造商必须采用具有高度混合I/O、更高频率和分辨率以及更高电压和电流的灵活测试系统来测试机械和电力电子元件。

电动汽车的增长也震动了汽车供应链。 OEM采购经理正在寻找可以提供更多电动汽车零件的供应商。 LG是汽车供应链的新成员，为雪佛兰沃尔特提供超过50％的零件，包括电池、几乎整个动力总成、连接和信息娱乐模块。虽然机械部件仍然很重要，但它们可以快速商品化，传统的一级供应商正在进行创新以保持差异化。由于他们采用新技术来开发专业化产品，因此测试部门也试图让相同人员操作相同的设备来满足新的测试要求。

测试经理可以使用针对特定应用的工具来完善现有测试配置，提高效率，这些工具可以动态地进行重新配置，使更多用户能够获取关于特定测试的重要信息。

汽车是新型智能手机吗？

汽车早就不再是从A点到达B点的一种交通方式。私家汽车购买和使用方式的演变过程与智能手机的发展类似。尽管燃油效率、性能和价格等实际因素仍然是重要的考量因素，信息娱乐、驾驶员辅助和连接（即汽车的软件和体验）正在越来越多地影响消费者的购买决定。

汽车制造商正在利用其他行业的创新来获得竞争优势，并满足客户对新功能不断增长的需求。主动安全系统正在利用雷达、摄像机和激光雷达等航空航天/国防工业的技术，并结合传感器融合方法，使汽车能够更全面地了解周边的环境。随着工程师加入功能丰富（包括音频、视频、RF和无线以及车载通信）的信息娱乐系统，汽车和消费电子产品之间的界限已然变得模糊不清。

图2.现代车辆结合了航空航天、能源和移动设备等其他行业的技术，大大增加了测试的复杂性。

这些技术不断发展，进一步增加了汽车开发过程的复杂性。例如，目前有两种针对V2X的竞争标准--802.11p aka DSRC和LTE V2X。为了保持竞争力，汽车制造商必须准备好将两种标准集成在一起，这意味着验证测试必须能够轻松修改为最新标准，而无需花费大量成本或对系统进行返工。此外，多个竞争标准并不是唯一的问题。各国政府正试图确定管理自动驾驶汽车的最佳方法，许多法规仍在制定中。随着新技术和标准的不断出现，为了避免落后于快速创新的步伐，具有互操作性、广泛I/O和同步性的开放式测试平台对于满足未来的验证测试需求至关重要。

现今状况

这些趋势使得汽车开发过程各个阶段都面临着新的挑战，包括供应链。类似的主题一次又一次地出现，但表现方式却各不相同。

采用新设计且快速发展的组件和系统正在不断增加系统复杂性。同时，不断变化的法规要求越来越大量的测试，而且需要提供准确且可溯源的结果。不断加快的创新速度往往令组织措手不及，无法对预算和测试方法进行及时调整;这迫使测试部门不得不想办法少花钱多办事。

测试经理面临着多个方面的挑战，不仅需要在不断缩减的时间期限内构建日益复杂的混合测量测试系统，而且还需要管理爆炸式增长的采集数据。而且不只是汽车行业，这些挑战也渗透到重型设备、航空航天、工业设备和院校科研等邻近行业。

为了克服这些挑战，工程师需要特定应用专用的工具来优化测试工作流程，而且还需要扩展性来适应不同的需求。例如，NI软件定义的开放式平台可允许工程师选择自己喜欢的工具并充分利用其专业知识，从而灵活地满足不断变化的需求。 FlexLogger™软件是NI最新的基于配置的数据记录工具，可帮助更多的工程师和技术人员构建准确、灵活的测试系统，以验证新的和快速发展的技术 - 所有这些都无需编程。

图3. FlexLogger可帮助汽车测试部门快速捕获准确且记录完整的数据，无需编程即可获得关键信息。

自动驾驶汽车已经成为一个热门话题，但即使看似简单的部件（如前大灯或汽车座椅）也变成了日益复杂的机电系统，将ECU、传感器、驱动器和通信结合到汽车的其余部分。为了满足确保安全性所需的质量和可靠性，工程师必须了解这些系统中电气和机械组件与工业I/O和通信机制之间的相互依赖性。

FlexLogger提供了针对特定传感器的工作流程，可简化测试配置，工程师只需进行简单的培训即可开始采集和记录同步的混合测量数据。您可以快速集成模拟传感器、数字脉冲频率、CAN信号和计算通道，这些数据都记录为通用TDMS文件格式，以便对其进行关联和分析，从而准确分析整个系统的特性。这样可以避免大量的数据后期处理，对不同来源的时间戳数据进行分类和分析，加快获取信息的速度。

随着测试量的增加，记录的数据量也在飞速增长，在没有有效的数据管理策略的情况下，找到特定的测试结果变得越来越具有挑战性。不详细的文档说明是重复测试的主要原因，采集的数据中只有5％实际进行了分析。

基于NI在数据管理方面的专业知识，FlexLogger可通过自动捕获记录完整的数据来帮助提高可追溯性，并提供有关测试配置的描述性元数据，包括传感器和硬件采集设置。测试部门可以使用NI客户端和服务器端数据管理软件进一步优化数据访问并整合整个测试组织的资料，以便查找、分析和报告大量数据。汽车行业的创新并没有放缓的迹象。 NI一直是全球OEM和供应商值得信赖的合作伙伴，提供灵活且面向未来的测试系统，具有最广泛的I/O、系统级同步以及庞大的合作伙伴生态系统。 FlexLogger是可互操作的工作流程的一部分，旨在服务整个产品设计周期，以帮助汽车测试部门降低成本，缩短部署时间并最大限度地提高测试覆盖率。