CRH3型動車組電子控制單元自動測試系統(tǒng)的設計與開發(fā)

張 翔，楊光威，張順廣，居法云，陸云云

（1 中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081；2 北京航天測控技術開發(fā)公司，北京100037）

CRH3型動車組采用的SIBAS32系統(tǒng)（帶32位微處理器的鐵路自動化系統(tǒng)）是針對鐵路交通車輛而研發(fā)的一種模塊化控制系統(tǒng)，具有調(diào)整和邏輯控制功能，其主要應用于牽引控制單元（TCU）和中央控制單元（CCU）上。TCU用于動車組牽引變流器的控制、監(jiān)視和保護，實現(xiàn)列車合理有效的牽引和再生制動。CCU負責動車組的車輛控制、通訊和診斷，從外圍和列車總線（WTB）、車輛總線（MVB）讀取指令和信息，并向列車總線、車輛總線和外圍發(fā)送控制信號和反饋信息。

TCU和CCU均采用模塊化設計，系統(tǒng)的功能被劃分成各個功能模塊，例如中央處理單元、通訊接口模塊和輸入輸出模塊。滿足用戶控制要求的模塊作為帶有面板的單元被安裝在標準的機箱里，組成電子控制單元，從而實現(xiàn)了標準化、規(guī)?；纳a(chǎn)，也為后期的運行和維護提供了便利。在TCU、CCU及其中的電路板做出廠性能測試和定期維護時，需要對其進行離線測試，目前國內(nèi)采用的測試儀器是分立儀器和測試工裝組成的半自動測試臺，需要依靠人工操作儀器進行測試，對測試人員的技術水平和工作經(jīng)驗都有較高的要求，存在誤操作、效率低、人力成本高等問題，嚴重影響了動車組電子控制單元產(chǎn)品的國產(chǎn)化進程和質(zhì)量。

為此，中國鐵道科學研究院機車車輛研究所與北京航天測控技術開發(fā)公司共同合作，歸納總結電子控制單元系統(tǒng)級和板級的測試需求，研制了一套基于先進VXI總線的電子控制單元自動測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)實現(xiàn)了TCU、CCU整車及其板卡的離線自動測試，有助于對其性能做出準確的判斷，提高了測試效率，避免了人為失誤，實現(xiàn)了生產(chǎn)測試以及故障診斷的自動化。

1 測試系統(tǒng)總體設計

CRH3型動車組電子控制單元自動測試系統(tǒng)遵從實用性、可靠性、先進性、經(jīng)濟性的原則，按照通用化、系列化、組合化的設計思想，以先進的VXI測試總線設備為核心，輔以總線接口臺式儀器，采取通用硬件／軟件測試平臺的形式，實現(xiàn)具有較高性價比的自動測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)主要由硬件平臺、系統(tǒng)軟件平臺和測試程序集TPS 3大部分組成。硬件平臺給測試任務提供物理資源。軟件平臺為測試程序提供開發(fā)、調(diào)試及運行環(huán)境。TPS主要包括系統(tǒng)級TP、板級TP和自檢TP 3類，完成對被測對象軟、硬件設計和測試文檔的管理。測試系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

測試系統(tǒng)的總體功能是完成TCU、CCU及板級全部功能和性能指標的性能檢測，并預留板級故障診斷測試的功能接口。

圖1 測試系統(tǒng)組成示意圖

2 測試系統(tǒng)硬件平臺

根據(jù)動車組電子控制單元測試需求和系統(tǒng)費效比，建立了以VXI測試總線為主，LAN總線和RS485總線為輔的開放總線測試體系結構，如圖2所示。

其中臺式儀器數(shù)字源表、數(shù)字示波器、波形發(fā)生器和功率放大器由計算機LAN口通過集線器HUB控制；程控電源和信號調(diào)理由RS485控制，VXI總線儀器通過零槽控制器的1394總線控制。系統(tǒng)資源通過通用測試適配器接口和專用適配器實現(xiàn)對組合的測試和自檢的執(zhí)行。

圖2 系統(tǒng)硬件結構示意圖

硬件設備配置主要有：工控機、VXI測控組合、臺式測試儀器、直流程控電源、加電控制組合、調(diào)理組合、專用接口連接適配器組合（ICA）、通用測試接口適配器（ITA）、自檢裝置等。

其中主控計算機是整個系統(tǒng)的控制單元，是自動化測試系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，存儲在計算機中的程序統(tǒng)籌控制自動測試系統(tǒng)的測試過程，進行數(shù)據(jù)處理和記錄，以及運用故障檢測知識，對工作狀態(tài)進行判斷；VXI測控組合主要由VXI機箱和VXI總線儀器組成；臺式儀器主要由功率放大器、示波器、波形發(fā)生器和高精度數(shù)字源表來彌補VXI總線儀器在功能和使用上的不足；調(diào)理組合主要由64通道高壓繼電器開關、電阻負載、測試信號調(diào)理組成，為本系統(tǒng)專用測試資源；程控電源共6路，主要用于提供被測對象供電；加電控制組合用于系統(tǒng)供電控制，并提供過壓、過流保護；測試系統(tǒng)測試接口VPC主要包括ICA和ITA兩部分，測試適配器根據(jù)被測對象的測試需求分為組合測試適配器和電路板測試適配器兩種，用于以符合被測對象測試需求的方式提供系統(tǒng)的測試資源。在板級測試時，被測對象通過專用適配板與電路板測試適配器提供的測試資源適配，其中專用適配板主要用于適配一類或幾類電路板。

3 測試系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

3．1 軟件平臺的原理及組成

軟件平臺采用北京航天測控技術開發(fā)公司開發(fā)的Fault Doctor2．0電路板測試與故障診斷通用軟件平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對多種類型的電路板級和系統(tǒng)級的測試診斷開發(fā)與執(zhí)行。

本測試系統(tǒng)軟件平臺是一種面向信號的測試程序開發(fā)環(huán)境，采用軟總線、動態(tài)加載、COM接口等先進技術，可實現(xiàn)儀器互換、測試參數(shù)庫、外掛模塊、運行界面定制、TPS版本控制、多關鍵字查詢、分布式數(shù)據(jù)查詢等功能。軟件平臺具備獨立的TPS開發(fā)環(huán)境和TPS執(zhí)行環(huán)境，可完成電子設備系統(tǒng)級和板級產(chǎn)品的功能測試。同時，軟件平臺采用圖形化TPS編輯環(huán)境，提供一個通用開發(fā)環(huán)境，能夠完成不同類型系統(tǒng)級和板級的功能測試，提高了工作效率和開發(fā)質(zhì)量。

本系統(tǒng)軟件平臺在板級測試和系統(tǒng)級測試的工作原理如圖3所示。軟件平臺通過開發(fā)完成的板級TP和系統(tǒng)級TP控制相應的測試儀器資源加載激勵和采集響應完成測試。

軟件平臺從功能上主要由5大部分組成：TPS開發(fā)、TPS執(zhí)行、升級維護、平臺管理和統(tǒng)計分析，其示意圖如圖4所示。

TPS開發(fā)平臺主要完成系統(tǒng)級和板級的開發(fā)。開發(fā)平臺在提供圖形化的編程語言外，還提供TP開發(fā)所需的儀器、測試分析、注釋等工具。

圖3 軟件平臺測試原理

圖4 軟件平臺功能組成圖

TPS執(zhí)行平臺主要完成系統(tǒng)級和板級的執(zhí)行。執(zhí)行平臺對被測對象的TP分類管理，并提供相應的管理工具（搜索等功能），可根據(jù)選擇的測試TP執(zhí)行相應的操作完成測試，以報表的方式給出測試結論。

平臺升級維護主要完成軟件平臺的升級和維護，平臺軟件采用模塊化設計思想，在平臺升級和維護時，只需增加和修改相應的COM組件，系統(tǒng)自動完成軟件升級和維護，無需重新編譯。

平臺管理主要完成軟件平臺的管理，主要是指平臺安全管理。

統(tǒng)計分析主要完成測試數(shù)據(jù)的管理，包括查詢、分析和統(tǒng)計等功能。

3．2 TP開發(fā)流程設計

TP開發(fā)是軟件平臺的核心部分，TCU、CCU及電路板的每一項被測性能參數(shù)都體現(xiàn)在相應的TP中，在完成了儀器的軟件封裝、形成COM組件后，TP開發(fā)主要分為以下3個步驟：

（1）被測對象分析

分析被測對象的需求，建立測試所需的信號通道，選擇性能檢測所需的激勵儀器資源和測量儀器資源，確定儀器使用的先后順序及合格判據(jù)范圍。

（2）TP編寫

依據(jù)被測對象的分析和適配器、轉(zhuǎn)接板的設計，在TP開發(fā)平臺中編寫界面及測試流程TP。

（3）TP測試

在TP編寫完成后，需要在開發(fā)環(huán)境中與硬件聯(lián)調(diào)，測試所編寫的TP是否可以完成對被測對象的性能檢測。

TP開發(fā)流程如圖5所示。

圖5 TP開發(fā)流程圖

軟件平臺TCU組合測試流程TP開發(fā)界面圖如圖6所示。

圖6 軟件平臺開發(fā)界面圖

3．3 測試結果的輸出

在測試流程TP開發(fā)完成后，就可以啟動TPS的執(zhí)行平臺，對被測系統(tǒng)或板卡進行功能檢測。在完成所有的檢測步驟后，軟件平臺會自動輸出一份測試報告，詳細列舉所有的測試結果，實現(xiàn)全自動的診斷。功能測試報告實例如圖7所示。

4 結束語

CRH3型動車組電子控制單元自動測試系統(tǒng)充分發(fā)揮了VXI總線儀器的優(yōu)勢，除了能夠完成TCU、CCU組合和電路板的自動性能測試，用于生產(chǎn)測試，還可以依靠測試與故障診斷通用軟件平臺實現(xiàn)板級故障診斷測試，實現(xiàn)維修診斷測試。

圖7 功能測試報告實例

本系統(tǒng)軟硬件采用模塊化設計，滿足系統(tǒng)的擴展性要求，大大提高了TCU、CCU及板級的測試精度和測試速度，是我國第一套國產(chǎn)化CRH3型動車組電子控制單元自動測試平臺，并能擴展到機車以及城軌車輛領域其他型號列車的電子控制單元測試。