摘要: 智能座舱域控制器在现代汽车中扮演着至关重要的角色，为确保其运行可靠性、稳定性及良好驾乘体验，需进行全面的功能及性能测试。针对智能座舱域控制器开发和验证需求，设计研制一套自动化测试系统，旨在提供高效、可靠的解决方案。通过对系统测试需求进行分析，建立了相应的测试用例，并设计了自动化测试系统的整体结构。在系统实现中，采用了机柜式集成结构，模块化设计核心组件，并创新性地增设了工控机、直流电源、数采系统、信号发生器、负载箱和通讯模块等关键组件和集成技术，达到了良好的自动化测试效果。随着智能座舱域控制器技术和功能的更新迭代，又对LVDS视频注入与采集、广播信号模拟与多通道通讯协议、HMI自动化测试系统模块等进行了拓展预研，为智能座舱系统的前瞻技术开发、测试和验证工作提供了重要技术支持。该套系统不仅能够实现现代化的自动测试功能，还具备手动模式操作和功能性检查测试，为智能座舱系统的稳定性、可靠性和性能优化提供了有效的保障。
Abstract: The intelligent cockpit domain controller plays a vital role in modern automobiles. To ensure its reliable operation, stability, and excellent driving experience, comprehensive functional and performance testing is required. Responding to the development and verification needs of intelligent cockpit domain controllers, an automated testing system has been designed and developed, aiming to provide an efficient and reliable solution. By analyzing the system testing requirements, corresponding test cases were established, and the overall structure of the automated testing system was designed. In the system implementation, a cabinet-style integrated structure was adopted, with a modular design for core components. Key components and integration technologies such as industrial computers, DC power supplies, data acquisition systems, signal generators, load boxes, and communication modules were innovatively added, achieving excellent automated testing results. With the updating and iteration of intelligent cockpit domain controller technology and functions, pre-research was also conducted on the expansion of LVDS video injection and acquisition, broadcast signal simulation and multi-channel communication protocols, and HMI automated testing system modules, providing important technical support for the forward-looking technology development, testing, and verification of intelligent cockpit systems. This system not only realizes modern automated testing functions but also possesses manual mode operation and functional inspection testing, providing effective guarantees for the stability, reliability, and performance optimization of intelligent cockpit systems.
1. 引言
随着新能源汽车电动化、网联化、智能化和共享化的快速发展，一些新颖高端电子、控制技术的不断发展已为汽车产业带来巨大变化。
近年来，随着智能座舱领域数字化、智能化的飞速发展，多屏联动、语音识别、增强现实、云交互等新技术的涌现，座舱功能/交互越来越丰富、越来越复杂，在丰富功能的同时也给产品软硬件研发和验证测试带来很多新的挑战。同时，为了迅速抢占先机，占领市场，产品上市周期随之缩短。在交付之前如何保证产品的安全可靠，如何缩短汽车的整个开发周期，如何控制测试替换成本和通用性，进而实现智能座舱域控制器软硬件系统的快速开发、快速迭代，是当下各家OEM以及Tier1面临的严峻考验。
刘毅刚[1]分析了智能座舱未来发展的趋势，在文章中指出智能座舱的发展将会对现有智能生态环境进行重组，使我们生活进入大数据，万物互联的第二次信息革命时代。晏江华等人[2]针对座舱系统的测评不体系、不标准、不规范，测评维度和测评范围相对局限的现状，针对性地开发一套智能座舱功能测评体系，将测评标准化，规范化，精细化。沈晓青等人[3]提出了一种基于HIL的智能座舱测试系统，主要集成了自动化测试机柜、机器人测试箱和工控机，该系统的设计大大提高了测试效率，缩短了整车开发周期，为智能座舱软件系统的快速开发、快速迭代提供了解决方案。姜明远等人[4]提出了一种智能座舱自动化测试技术，顺应汽车行业的智能化和网络化，可以快速实现智能座舱软件系统的自动检测，缩短汽车的整个开发周期，是实现智能座舱软件系统快速开发、快速迭代的好方法。
2. 智能座舱域控制器测试需求分析
智能座舱域控制器的开发(DV, Development Verification)和验证(PV, Product Validation)等测试需求是为了确保其在各种负荷环境下的可靠性和性能稳定性。这些测试需求主要涉及长周期寿命、气候、机械以及电气等方面的环境测试，并着重于功能和性能两个层面的验证。
功能测试是为了验证域控制器产品及其前、中、后各项功能设计的一致性。在功能测试中，我们需要确保域控制器的各项功能能够如设计所述地正常运行，并在各种使用场景下表现一致。这些功能测试案例涵盖了多个方面，包括但不限于多块显示屏、多套摄像头、多USB口、CAN和以太网通讯、GPS、FM/AM多媒体、MIC、蓝牙以及WI-FI等众多功能模块的测试。通过这些功能测试，我们可以确保域控制器在各种功能方面的性能达到预期，并且能够满足用户的需求。
性能测试则主要关注域控制器关键技术指标的稳定性和用户体验。在性能测试中，我们评估域控制器在长时间运行和各种负荷条件下的性能表现，以及其在用户操作和交互过程中的响应速度、稳定性等方面的表现。这些测试不仅有助于发现潜在的性能问题，还可以为产品的进一步优化提供重要参考。因此，功能测试和性能测试的结合是确保智能座舱域控制器产品质量和用户体验的关键步骤。
智能座舱域控制器测试用例中，如表1所示。包含了如下多块显示屏、多套摄像头、多USB口、CAN和以太网通讯、GPS、FM/AM多媒体、MIC、蓝牙以及WI-FI等众多功能模块及技术指标性能的测试。
Table 1. DV testing requirements and demands for intelligent cockpit domain controller
表1. 智能座舱域控制器DV测试需求及要求
序号 |
项目 |
测试要求 |
1 |
CSD、Dis和HUD显示屏 |
显示正常，无花屏、黑屏等 |
2 |
FM、MIC多媒体 |
各通道输出电压1.4 V ± 10% |
3 |
USB音频、图片和视频 |
各通道输出电压1.4 V ± 10%，图片、视频播放正常 |
4 |
AVM*4、DMS摄像头 |
摄像画面正常显示 |
5 |
AVAS |
各通道输出电压1.4 V ± 20% |
6 |
蓝牙 |
与手机连接正常 |
7 |
GPS |
定位信息读取正确 |
8 |
Wi-Fi |
AP/CP模式连接正常 |
9 |
信息读取 |
读取车机Soc结温、软件版本号 |
10 |
CAN/LIN |
通讯正常 |
11 |
Ethernet-1000M |
正常Ping通，零丢包率 |
3. 智能座舱域控制器自动化测试系统结构和功能
为了满足智能座舱域控制器的开发(DV)和验证(PV)等测试需求，对其功能和性能进行全面评估是至关重要的。这种评估主要涉及长周期寿命、气候、机械和电气等负荷环境测试，旨在验证产品的功能一致性和关键技术指标的稳定性。因此，本研究设计了智能座舱域控制器功能性自动化测试系统，旨在为测试过程提供高效、可靠的解决方案。
3.1. 整体架构设计与配置
本文设计的智能座舱域控制器功能性自动化测试系统的整体结构示意图，如图1所示。基于车舱娱乐域系统主机，通过搭建自动化测试台架(工控机、直流电源、FM/MIC/GPS等信号发生器、数采系统、CAN和以太网通讯、切换箱、负载箱等)模拟试验过程中被测样件的各种功能巡检测试。自动化机柜通过CAN协议与车机进行信息的交互。该台架系统对软硬件预留有接口，兼有通用性和可拓展的特点。这一自动化测试系统的设计和搭建对于确保智能座舱域控制器的稳定性、可靠性和性能优化至关重要。
Figure 1. Overall architecture diagram of automated testing system for smart cockpit domain controller
图1. 智能座舱域控制器自动化测试系统整体架构图
3.2. 系统架构及软硬件组成
为了台架不仅可实现现代化的自动测试功能，同时具备手动模式操作和功能性检查测试。设计了智能座舱域控制器自动化测试系统的整体功能，如图2所示。在系统实现中，采用了机柜式集成式结构，模块化设计核心组件，配置了工控机、直流电源、数采系统、信号发生器、负载箱和通讯模块等关键组件和集成技术。
同时，为了便于试验人员进行测试过程的操作、监控和管理，开发设计了人机界面友好的上位机软件，可快速实现手动/自动模式切换、测试流程控制、测试用例编程、异常结果监控、测试报告生成以及测试数据库的管理等，为操作人员提供了清晰的反馈信息和友好的操作界面。
3.3. 智能座舱域控制器自动化测试场景应用
将不同厂家品牌和型号的多批次智能座舱域控制器测试样件，基于自动化测试系统以及环境箱、振
Figure 2. Overall functions and composition of hardware & software in the automated testing system
图2. 自动化测试系统的整体功能及软硬件组成
动台等试验设备进行一系列如长周期寿命、气候、机械以及电气等方面的复合测试，如图3所示，对智能座舱域控制器的功能和性能进行全方位的测试和验证，经测试验证达到了良好的自动化、高效稳定的测试效果。
Figure 3. Scene applications of smart cockpit domain controller and automated testing system
图3. 智能座舱域控制器及自动化测试系统场景应用
4. 智能座舱域控制器自动化测试系统拓展性研究
4.1. LVDS视频模块拓展研究
智能座舱系统的开发和测试需要对视频信号进行注入和采集，以验证系统的功能和性能，如图4所示。LVDS视频的注入与采集是其中重要的一环，可以有效地进行系统功能的验证和测试。通过LVDS视频的注入与采集，可以及时发现系统中的问题并进行排查，例如，用于ADAS系统的HIL仿真摄像头测试，有助于检测和解决与摄像头相关的性能问题。此外，LVDS视频的注入与采集还可以模拟真实的开发环境，为使用人员提供一个真实的工作环境，有助于他们更好地理解系统的工作原理和特性。在产品验证和认证过程中，LVDS视频的注入与采集也扮演着重要角色，能够帮助确保产品符合相关标准和规范。因此，研究LVDS视频的注入与采集是非常必要的，可以为智能座舱系统的开发、测试和验证工作提供重要支持，确保系统的稳定性、可靠性和性能优化。
在系统硬件设计方面，采用了先进的图像或视频数据加串转换技术，将输入的数据转换为LVDS (低压差分信号)视频流。LVDS是一种高速、低功耗的数字信号传输技术，常用于多种应用中，包括汽车智能座舱系统。LVDS视频流被发送至智能座舱域控制器的车机、ADAS (高级驾驶辅助系统)、车载屏等设备，以支持系统的开发和测试。这一过程涉及LVDS信号的生成、传输和接收，其中信号的稳定性和准确性对系统的性能至关重要。通过LVDS视频流的传输，能够在仿真环境中模拟真实场景，从而更好地评估智能座舱系统的功能和性能表现。
采集LVDS视频流并将其转换为HDMI (高清多媒体接口)格式是另一个关键步骤。HDMI是一种高质量的数字视频接口，广泛应用于车载系统中。通过HDMI接口，可以将采集的图像传输到显示器上进行显示，或者通过HDMI采集卡进行图像比对。这一过程不仅包括视频信号的采集和转换，还涉及信号的解码和处理。在摄像头的调试开发和测试过程中，通过采集HDMI视频信号，能够更加准确地评估摄像头的性能，并对车机输出等视频采集工作进行有效监测和控制。
Figure 4. System block diagram for injection and acquisition of LVDS video
图4. LVDS视频的注入与采集系统框图
4.2. 广播信号模拟与多通道通讯协议模块拓展研究
针对DAB (数字音频广播)数字广播的模拟，选择了能够模拟FM/AM/DAB广播信号的信号发生器，这一选择基于对广播信号特性的深入理解，通过模拟不同类型的广播信号，能够更加全面地评估系统在各种环境下的性能表现。此外，还增加了多通道的LIN/FlexRay通讯协议设备，有助于支持车机系统与车载通信网络的仿真与测试，进一步提升系统的可靠性和性能。
4.3. HMI自动化测试系统模块拓展研究
智能座舱系统中的HMI、语音交互、声音、图像、通讯性能、UI、UE、TBOX等模块是系统功能的核心组成部分。为了有效评估这些模块的性能和稳定性，开发自动化场景仿真与测试系统至关重要。通过仿真这些模块在真实场景下的运行情况，能够全面了解系统的工作状态，及时发现和解决潜在问题，从而确保智能座舱系统的稳定性、可靠性和性能优化。因此，这些研究工作对于智能座舱系统的开发、测试和验证具有重要的支持作用。
HMI自动化测试系统的架构中，包括测试软件、测试硬件以及与智能座舱系统的接口。测试软件负责控制测试流程、记录测试结果和生成报告。测试硬件则包括各种传感器、模拟信号发生器、通讯模块等，用于模拟真实场景并与智能座舱系统进行通讯。该架构的设计旨在确保测试过程的高效性、可靠性和灵活性，以便及时发现并解决潜在问题，从而保障智能座舱系统的稳定性和性能优化。
5. 总结
本文提出的智能座舱域控制器功能性自动化测试系统，满足了对智能座舱域控制器开发和验证的多方面测试需求，包括功能和性能两个层面的测试验证。通过系统的设计和实现，有效地提高了测试效率和可靠性，为产品的开发和验证提供了重要支持。
在自动化测试系统的整体结构设计中，采用了机柜式结构，并合理布局各项测试设备，以节省空间并提高测试效率。同时，核心组件的模块化设计，并创新性地增设了工控机、直流电源、数采系统、信号发生器、负载箱和通讯模块等关键组件和集成技术，达到了良好的自动化测试效果。
此外，本文还对LVDS视频的注入与采集、广播信号模拟以及HMI自动化测试系统等关键技术进行了深入研究和创新探索，为智能座舱系统前瞻技术的开发、测试和验证工作提供了重要支持，具有一定的创新性和实用价值。