引言

汽車制造商宣傳其駕駛員信息與操控系統(tǒng)的性能時(shí)喜歡使用“連接性”這個(gè)流行術(shù)語(yǔ)。這個(gè)概念意味著汽車的多媒體操作界面不只負(fù)責(zé)管理單個(gè)功能區(qū)，例如導(dǎo)航。相反，它作為一個(gè)復(fù)雜的操控和顯示裝置服務(wù)所有汽車功能，其中包括娛樂、電話、車載電腦，甚至還用于控制汽車參數(shù)（如舒適功能或底盤特性）。在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程的每個(gè)階段，這種復(fù)雜控制單元的功能測(cè)試及其在車身架構(gòu)中的聯(lián)網(wǎng)都構(gòu)成特殊挑戰(zhàn)。因此，僅僅使用從控制單元通信和電氣測(cè)量到機(jī)械參數(shù)控制和采集再到工業(yè)圖像處理的多種測(cè)試技術(shù)并不足以評(píng)估顯示內(nèi)容。即使在所采用的具體測(cè)試技術(shù)中，單個(gè)測(cè)試任務(wù)的覆蓋范圍也非常廣。由于通信接口眾多且操作元件具有不同特性，同時(shí)是為了實(shí)現(xiàn)合理投資成本，我們需要模塊化測(cè)試設(shè)備。圖1 給出了一個(gè)多元信息娛樂測(cè)試系統(tǒng)的視圖，從圖 2 所示的資源范圍中可以看出測(cè)試要求的復(fù)雜性。下面討論各技術(shù)領(lǐng)域的一些典型挑戰(zhàn)。


圖 1：信息娛樂測(cè)試系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

控制單元通信

駕駛員支持、通信和娛樂是汽車客戶的愿望和要求，這些因素多年來(lái)一直推動(dòng)廠商研發(fā)日益復(fù)雜的汽車信息娛樂解決方案。為此，信息娛樂控制單元與汽車所有功能區(qū)（例如驅(qū)動(dòng)裝置和底盤）互連，以便接收和顯示對(duì)汽車乘員重要的信息，或進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)這些信息。在車身架構(gòu)的各個(gè)功能區(qū)中已經(jīng)建立了不同的總線系統(tǒng)，其特性能夠最好地滿足每功能區(qū)的功能要求。因此人們使用高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如MOST、VDS/APIX 或新崛起的以太網(wǎng) (BroadR-Reach)）傳輸圖像和視頻數(shù)據(jù)，例如攝像頭輔助系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。在驅(qū)動(dòng)裝置和安全系統(tǒng)中，人們采用防故障FlexRay 以及總體而言應(yīng)用最廣且最實(shí)惠的全能型CAN。測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)盡可能完整模擬待測(cè)控制單元的汽車環(huán)境并通過(guò)通信接口與控制單元交換數(shù)據(jù)，而且必須提供硬件和軟件模塊來(lái)支持所有相關(guān)的總線系統(tǒng)。這里的技術(shù)挑戰(zhàn)在于如何模擬具體工作模式。從原則上看可以設(shè)想在測(cè)試系統(tǒng)中使用原始汽車組件。但這種方法非常不靈活，并且所需的原始組件在需要時(shí)通常難以獲取。如果在測(cè)試系統(tǒng)中使用通用信號(hào)發(fā)生器代替原始組件，如圖2 中所示的 MOST150 通信，就可以顯著提高靈活性。然而，這種常見且看似簡(jiǎn)單的方法不僅意味著測(cè)試儀器方面的硬件開支很高，而且意味著因數(shù)據(jù)減少而出現(xiàn)傳輸質(zhì)量變差，意味著傳輸中存在固有的時(shí)間延遲以及由此產(chǎn)生的對(duì)于測(cè)量和故障模擬的觸發(fā)能力不足。最佳做法是通信接口（如圖2 的下部所示）自身產(chǎn)生信號(hào)序列，并以此在信號(hào)曲線與 MOST 消息傳輸之間建立具體時(shí)間基準(zhǔn)。通過(guò)這種方式，MOST 接口能夠輸出絕對(duì)精確的觸發(fā)脈沖。


圖 2：使用 MOST150 提供數(shù)據(jù)流的可能性

對(duì)于MOST 總線在信息娛樂領(lǐng)域的推廣和前景，我們可以預(yù)見，由于具有可快速傳輸大量數(shù)據(jù)等優(yōu)勢(shì)，MOST總線將繼續(xù)保持相對(duì)于其他總線系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力。預(yù)計(jì)到 2020 年，汽車概念設(shè)計(jì)將會(huì)引入 MOST UGN，這是一個(gè)更高級(jí)版本，傳輸速度高達(dá)5 Gbit/s。

但目前毋庸置疑的情況是以太網(wǎng)正勢(shì)不可擋地在汽車上普及，在為汽車用途設(shè)計(jì)的BroadR-Reach 硬件平臺(tái)上尤其如此。除其他優(yōu)勢(shì)外，該標(biāo)準(zhǔn)還將 IT領(lǐng)域常見的 100Mb 以太網(wǎng)的4 個(gè)線芯減少到只有一個(gè) 1 個(gè)線對(duì)，從而提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的方法。以前的應(yīng)用在很大程度上局限于以太網(wǎng)攝像頭在駕駛輔助系統(tǒng)中聯(lián)網(wǎng)，并且由于涉及的功能不復(fù)雜，它們可以使用相對(duì)簡(jiǎn)單的軟件協(xié)議工作。因此，就開發(fā)和測(cè)試目的而言，在測(cè)試環(huán)境中配備一個(gè)將PC 以太網(wǎng)通信傳輸?shù)?BroadR-Reach 硬件層的介質(zhì)轉(zhuǎn)換器就足夠了。然而，最近發(fā)布并升格為通信標(biāo)準(zhǔn)的AUTOSAR 以太網(wǎng)協(xié)議棧為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜協(xié)議功能提供了軟件技術(shù)基礎(chǔ)。這為汽車以太網(wǎng)走向廣泛應(yīng)用清除了一個(gè)主要障礙。高技術(shù)性能（比特率高達(dá)100MB/s）加上經(jīng)濟(jì)可行，以太網(wǎng)甚至有可能作為骨干總線系統(tǒng)像CAN 一樣普及。因此，面向未來(lái)的信息娛樂測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該提供用于以太網(wǎng)/BroadR-Reach的硬件和軟件接口。由于 AUTOSAR 以太網(wǎng)協(xié)議棧的規(guī)范涉及范圍很廣，在軟件技術(shù)的實(shí)施方面存在更大挑戰(zhàn)。另外還不能忽視剩余總線模擬。至少在控制單元的開發(fā)階段，為了能夠評(píng)估高總線負(fù)載下的動(dòng)態(tài)行為或在不同接口之間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)時(shí)的路由時(shí)間，剩余總線模擬是不可或缺的。與之相關(guān)的是從各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成通信范圍。

另一個(gè)相關(guān)方面是通過(guò)LVDS 或?yàn)槠囉猛鹃_發(fā)的 APIX 標(biāo)準(zhǔn)傳輸圖像和視頻數(shù)據(jù)。LVDS 在圖像數(shù)據(jù)源與顯示器或存儲(chǔ)設(shè)備之間采用經(jīng)典點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，因此與上述總線系統(tǒng)相比存在局限性。但是，這種經(jīng)典連接在信息娛樂領(lǐng)域最為常見，幫助LVDS 和 APIX 得到極大普及。LVDS 和APIX 的主要區(qū)別在于 LVDS 為圖像數(shù)據(jù)傳輸定義了純硬件標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了控制顯示器亮度等設(shè)備參數(shù)，需要使用額外通信接口來(lái)啟用汽車中圖像源或操作裝置的顯示屏幕。為了節(jié)省這個(gè)額外的CAN 或 LIN 接口，人們已經(jīng)對(duì) APIX 開發(fā)出一種方法，將控制參數(shù)在邊帶上調(diào)制并隨LVDS 信號(hào)一起發(fā)送。


圖 3：用于 LVDS、APIX和 FPD-link 的組合式圖像數(shù)據(jù)采集器/發(fā)生器連接選項(xiàng)

圖像處理任務(wù)
基本上所有可視信息都需要通過(guò)圖像處理來(lái)采集和評(píng)估。但是，這會(huì)產(chǎn)生巨量信息流而且需要很長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，因此在確定測(cè)試策略時(shí)，必須認(rèn)真考慮在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)真正有必要進(jìn)行圖像處理。大多數(shù)屏幕顯示或視覺指示器通過(guò)軟件功能觸發(fā)，這些功能是為了軟件開發(fā)階段的測(cè)試而預(yù)留的。在生產(chǎn)線終端測(cè)試中根本沒有時(shí)間可用于圖像處理。盡管如此，在這時(shí)仍須測(cè)試可視元件的功能，但這是在定制測(cè)試程序的幫助下完成的，與汽車的“真實(shí)”運(yùn)行狀況無(wú)關(guān)。
信息娛樂領(lǐng)域的典型圖像處理任務(wù)包括：
- 檢查顯示內(nèi)容
- 不同字體和語(yǔ)言變體的光學(xué)字符識(shí)別
- 符號(hào)識(shí)別，符號(hào)顏色準(zhǔn)確性
- 符號(hào)和警告顯示的切換時(shí)間測(cè)量
- 指針位置的測(cè)定，指針運(yùn)動(dòng)的一致性（動(dòng)態(tài)）



圖 4：汽車中的 HMI 控制單元

無(wú)論圖像采集的類型如何，我們從眾多可選測(cè)試功能中可以清楚地看出，簡(jiǎn)單有效的測(cè)試用例配置特別重要。對(duì)系統(tǒng)示教足夠數(shù)量的參考圖像非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
讀取字符（OCR=光學(xué)字符識(shí)別）是圖像處理測(cè)試任務(wù)復(fù)雜性的一個(gè)典型例子。字符識(shí)別涉及不同語(yǔ)言、字體大小、字體樣式或圖像背景，而且要求很高。
盡管存在這些極端條件，車載HMI 模塊的實(shí)際文本識(shí)別評(píng)估測(cè)試要求對(duì)20,000 個(gè)字符的誤讀數(shù)不超過(guò) 1 個(gè)（0.005%）。這相當(dāng)于識(shí)別1,000 幅屏幕截圖只出現(xiàn)一處誤讀。如果使用理想情況下（黑色字符在白色背景上）誤報(bào)率達(dá)1% 的傳統(tǒng) OCR 工具，識(shí)別5 幅屏幕截圖就會(huì)出現(xiàn)一處誤讀，因此這樣不可行。只有將經(jīng)過(guò)優(yōu)化的圖像預(yù)處理算法與成熟OCR 識(shí)別算法有效結(jié)合，才能達(dá)到所要求的性能。GÖPEL電子開發(fā)的創(chuàng)新 easyOCR™函數(shù)具備這些功能。easyOCR™函數(shù)的特點(diǎn)是可以自動(dòng)完成所描述的測(cè)試，而無(wú)需任何示教。




圖 5：圖像自動(dòng)預(yù)處理和讀取過(guò)程。上部：一個(gè)幀內(nèi)的反轉(zhuǎn)和正常區(qū)域；下部：讀取區(qū)域內(nèi)的各種干擾對(duì)象。
即使有了更多測(cè)試功能（如符號(hào)識(shí)別），也必須通過(guò)各種圖像處理算法的智能組合，方可確保即使沒有示教也能以所要求的極高可靠性完成自動(dòng)測(cè)試。

機(jī)械控制組件和觸控屏的測(cè)試

為了能夠測(cè)試信息娛樂控制裝置的特定運(yùn)行狀況，按鍵（硬鍵）和旋鈕操作以及越來(lái)越多的觸摸屏操作（軟鍵）已經(jīng)不僅僅是“必要之惡”。控制組件帶來(lái)駕駛員與汽車之間的直接接觸，因此用戶在操作過(guò)程中的主觀感受也很強(qiáng)烈。機(jī)械控制組件具有可通過(guò)計(jì)量準(zhǔn)確檢測(cè)的觸覺特征：按下按鈕時(shí)，您期望得到反饋，例如聲音或明顯的快速響應(yīng)。如果無(wú)法收到這些信息，操作就會(huì)讓人感到更加不舒服，因?yàn)榇藭r(shí)必須按住按鈕，直到出現(xiàn)其他響應(yīng)信號(hào)（如 LED 指示燈）。“清爽”且功能精確的控制組件給人留下高品質(zhì)印象。切換路徑不明確、力量要求不一致或反饋遲緩被視為“不健全”、“不穩(wěn)定”或“廉價(jià)”。因此，汽車制造商應(yīng)非常重視通過(guò)堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高質(zhì)量的機(jī)械操作組件裝配來(lái)彰顯產(chǎn)品的高品質(zhì)形象，而且這種重視不應(yīng)局限于高端車領(lǐng)域。從測(cè)試技術(shù)角度來(lái)看，這個(gè)問題的解決方案在于確定按鍵的作用力/位移特性以及旋鈕的旋轉(zhuǎn)角度特性（例如音量控制）。從客觀測(cè)量值可以計(jì)算出特征測(cè)量值，然后使用這些特征測(cè)量值評(píng)估觸覺質(zhì)量。但是，將相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備集成到高產(chǎn)生產(chǎn)線中的主要挑戰(zhàn)是如何符合生產(chǎn)線節(jié)奏。例如，根據(jù)測(cè)試樣本的類型，中央操作裝置最多可以有 35 個(gè)單獨(dú)按鍵，必須對(duì)這些按鍵進(jìn)行電氣測(cè)試并檢測(cè)其觸覺特性。

圖 6：操作單元生產(chǎn)線終端測(cè)試中的觸覺測(cè)試單元應(yīng)用實(shí)例

為了消除大量機(jī)械按鍵，設(shè)計(jì)人員在操控概念設(shè)計(jì)中越來(lái)越依賴于觸控屏，而其操作又需要新式模擬，例如單指手勢(shì)（點(diǎn)擊、輕掃、拖動(dòng)）或使用雙指操作來(lái)縮放屏幕內(nèi)容。所執(zhí)行的操作會(huì)通常觸發(fā)控制單元內(nèi)部軟件運(yùn)行。根據(jù)具體測(cè)試樣本，必須通過(guò)光學(xué)或電氣方法對(duì)其反應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。目前的信息娛樂系統(tǒng)不僅具有觸摸屏，還提供用于 USB 設(shè)備、SD 卡或 CD 驅(qū)動(dòng)器的端口。因此，除了執(zhí)行手勢(shì)動(dòng)作，操作機(jī)器人還必須能夠插入或拔出 U 盤、更換 SD 卡以及將 CD 插入驅(qū)動(dòng)器。在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于工具通用性、操作多樣性以及所需結(jié)構(gòu)緊湊性相互排斥，無(wú)法通過(guò)機(jī)器人控制的單個(gè)操作元件在觸摸屏上執(zhí)行所有可能的操作。圖 7 顯示了一個(gè)復(fù)雜的信息娛樂測(cè)試系統(tǒng)，其中總共有 3 個(gè)不同的工具模塊以自動(dòng)切換方式操作觸摸屏。

圖 7：具有觸摸屏和傳統(tǒng)鍵盤操作元件的操作機(jī)器人

總結(jié)
本文介紹了信息娛樂測(cè)試系統(tǒng)的一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)。我們已經(jīng)基于這些細(xì)節(jié)開發(fā)出一種功能非常強(qiáng)大的系統(tǒng)，其中可以提供測(cè)試復(fù)雜控制和顯示裝置所需的全部技術(shù)，而且其應(yīng)用范圍涵蓋現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的信息娛樂模塊的所有變體和構(gòu)造設(shè)計(jì)?？赡艿膽?yīng)用范圍從指示儀器（例如組合儀表和中央顯示屏），到采用旋轉(zhuǎn)、推動(dòng)和按壓方式操作的機(jī)械鍵盤或輸入元件，再到觸摸屏中操作和可視化功能的組合。此外，它在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用也非常廣泛——從原型測(cè)試，到質(zhì)量保證中的耐久性測(cè)試，再到模塊制造中的生產(chǎn)線終端測(cè)試。這種高度靈活性的決定因素是系統(tǒng)硬件和軟件采用一致的模塊化設(shè)計(jì)，而且該系統(tǒng)完全基于 PXI 或以太網(wǎng)等開放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這不僅確保根據(jù)實(shí)際資源需求對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行成本優(yōu)化，而且確保測(cè)試設(shè)備能夠用于未來(lái)各代汽車的信息娛樂平臺(tái)。

作者
MichaelSchmidt
Jörg Schambach
Jens Münzberg
Manfred Schneider