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1、为汽车信息娱乐系统研究的自动化测试系统黄英萍、罗斯麦克莫伦、马克奥克赛跟、甘王特戴赫拉、皮特琼斯、彼得贝内特、亚历山德罗斯、莫扎特可、简凯乐其收到：2009年12月18日/接受：2010年3月12日在线发表：2010年4月15日#施普林格出版社伦敦有限公司2010年摘要当前的溢价车辆实施的各式各样的信息、娱乐和通信一般称为信息娱乐系统。在汽车的发展期间，信息娱乐测试系统整体一级是常规地进行由专家可以观察一个客户手动出级别。这种方法有明显的限制方面若要测试覆盖率和效力由于的复杂性系统函数和人类的能力。因此，它是为自动化汽车制造商所要求的高度测试系统，将复制人类的信息娱乐系统包括有关感官方式有关的
2、专家控制(即，接触)和观察(即，视线和声音)下测试系统。本白皮书介绍了设计、开发和评价的这种系统，包括基于视觉的车辆网络仿真检查、自动导航功能，随机手摇波形产生、完善的检测和测试自动化。开发的系统是能够：刺激车辆系统跨越多各式各样的初始化条件下，行使的每个函数，请检查系统反应，并为事后检测记录故障情况分析。黄英萍、罗斯麦克莫伦、马克奥克赛跟:甘王特戴赫拉沃里克制造集团，沃里克大学，考文垂工程学院和国际癌症研究机构，沃里克大学英国考文垂体育班尼特，捷豹路虎工程中心关键字：自动测试，信息娱乐系统，图像处理，建模与仿真，回路硬件，鲁棒性，变形简介信息娱乐系统提供的各种信息，娱乐和通讯功能的车辆司机和
3、乘客。典型的职能是路线的指导，收音机和CD播放、视频等音频娱乐娱乐电视和移动电话的接口等作为以及对用户的相关的接口功能控制系统。一直在这大增长驱动的消费类电子产品的迅速发展的领域和客户期望有这些功能他们的车辆。这是的例子环绕声，DVD娱乐系统，iPod连接，数字无线电和电视和语音激活。与这种增长的功能已在技术上的复杂性相应增加系统。在当前的溢价车辆，信息娱乐系统系统通常实现为一个分布式系统组成的通信通过一个高的模块数目高速光纤网络等媒体导向系统运输(大部分)。在此实现信息娱乐系统系统其实是系统的系统(SOS)与个人系统有了自主权，以实现其功能，但共享资源，如HUman-MaChine接口(HM
4、I),扬声器和通信通道。典型这种SoS的问题是突发行为作为系统以意外的方式，特别是在期间进行交互哪里有可能对一些初始化条件在单个系统中获取的延误和失败。这些可能被行使系统。在汽车的发展，扬天的信息娱乐系统是极其重要和按照惯例进行手动的工程师的人可以在客户层面观察，但这与限制一方面要测试覆盖面和有效性。第一次限制是可用来做手动测试的时间，受发展的时间尺度和工程师的约束工作时间。第二个是测试的在重复性，这是受人为错误。因此，有自动化信息娱乐的要求测试的能力，其中复制包括有关人类专家有关控制感官方式(即，触摸和声音)和观察(即，视线和声音)下的系统测试。这种测试功能必须能够刺激各式各样的初始化条件跨
5、系统包括那些被视为根据摇、电池电量低或故障条件下，行使的每个函数，请检查系统响应和记录相关的数据，例如，大多数总线跟踪，在随后的分析故障。这文件描述的设计和发展这种作为一部分的英国学术和工业colIabOra.系统本族语的说法到复杂系统的验证项目。在于系统中，硬件中环(HlL)平台受支持的基模型的方法模拟车辆网络实时和动态地提供各类根据测试的信息娱乐系统的重要信号。自针对某些反映系统的响应触摸屏、机器视觉系统的显示是被雇用来监测检验屏幕图案、文字和警告灯告诉-故事的正确性。信息娱乐功能的大多数由访问通过集成的触摸屏幕的用户。为了实现完全自动化的测试，一种新型电阻模拟技术的目的是要模拟操作的触摸
6、屏幕。它是已知该电压瞬变过程，如发动机的启动瞬时电流突可以到达800A,可能会导致在系统上的一些故障。若要测试针对低电压瞬变条件下，系统的稳定性瞬态波形发生器的制定是为了模仿三具体的瞬态过程。测试自动化软件集成并控制所有设备，形成完全自动化测试过程，可以不断地在天运行或甚至一个星期。不只会让开发的测试系统各种测试可能、可重复的并且非常可靠，而且还大大提高了检测效率和简化了的任务繁琐的验证测试。基于模型的功能的电子测试己以实施控制单元(ECU)使用HIL在过去几年的汽车制造商2-5.目前.，捷豹路虎(JLR)已通过HlL自动化测试和验证的电子身体系统、动力总成和底盘控制系统6,刀。这种技术的好处
7、包括制造工艺(2010)51:233-246自动化测试，较早前测试物理原型之前车辆生成、鲁棒性和动态执行能力测试和减少供应商软件迭代。机器视觉系统已在许多生产-使用图灵应用程序如汽车8-10、机器人指导11,和焊接缺陷跟踪12,13。作者还雇用机器视觉的技术高级驱动程序助理系统的障碍检测14,15。然而，没有研究有报道使用机器视觉系统的设计验证测试。验证测试在设计阶段是非常不同从测试中制造。首先，设计验证测试需要覆盖了大量不同的测试用例,而不是限制，设置要证明正确的设计。的时这辆车是在生成测试用例的必由之路早期发展阶段使用基于模型的测试技术，模拟在车辆运行条件真正的时间。第二，设计验证测试要求
8、鲁棒性评价，迭代和重复测试虽然它不需要大批量的零件的进行了测试。第三，设计验证测试需要频繁的为不同类型的汽车测试系统的适应或为同一辆车不同的发展阶段。其中一个新奇的这篇论文是机器的集成远景和HlL技术的复杂设计验证测试。此外，本文件提出一种新型的伪-随机生成三个电压瞬变的概念允许模仿随机测试的波形进程作为在实际情况下，见过，并且还可以对测试重新生成，作进一步调查。此外，共同的办法来模仿触摸的操作由一个人类的屏幕是使用机器人武器。在此设计中,狡猾的电阻模拟方法替换机器人要实现这一目标的武器。方法可以完全地通过使用HlL模拟器，在软件中实现因此消除的复杂机械的需要设备，如机器人武器、气动/液压、和
9、电磁致动器。2系统配置为测试开发的系统的配置信息娱乐系统是图中所示1。该系统由组成六个关键要素包括下测试，HIL股测试仪、机器视觉(照相机)，触摸的操作屏幕、瞬态波形发生器和自动化测试。Images(Teferencedtotest)Camera+VisionTestControIParametersResistivecitrol OftouchscreenTestAutomationTnggerLowgatewayPowerFransientwavefofm g期由，lntetfaqeRadioBay息MOST”郦1的$& analyzer.NavigationBluetooth/ Phon
10、eZUSBMOST AnalyzerAudio outputmonrtoringTrigger.Fig. 1 System configuration根据测试的信息娱乐系统包括一个数包括无线电/CD播放机，模块的放大器(AMP)、导航系统、蓝色牙/电话USB,车辆安装程序、辅助音频接口和气候控制功能。HMl主要基于7TFT电阻控制小组(ICP)在中心控制台和远程在方向盘上的控件。音频输出是通过DSP放大器。模块之间的通信是通过执行控制、数据和音频最光巴士信息。信息娱乐系统连接到通过模块称为ICM作为车辆的其余部分大多数之间的网关和车辆控制器地区网络(CAN)总线。值得注意的是ICP和远程控制方
11、向盘上驻留在该车辆CAN总线。此外，在连接了大多数分析仪在测试过程中的最环。最分析仪是由HlL测试仪通过数字输出，以触发控制日志记录的最大跟踪发生故障时。HlL测试仪模拟测试系统内，车辆网络和动态地提供了各种必要根据测试的信息娱乐系统的信号。它还充当若要控制其他设备的控制中心。例如，它将发送通过串行端口触发相机和接收命令从照相机，检查结果。机器视觉(照相机)系统检查对系统的响应监测触摸屏等模式的显示和文本。触摸屏的操作是通过实现的。使用一种阻力模拟方法，哪个是执行-HlL测试仪中的mented。通过使用此方法的测试系统可以获取大部分的信息娱乐系统功能。瞬态波形生成器生成电压信号和通过的信息娱乐
12、系统通电可编程电源产品供应商。波形发生器，模仿三个电压瞬变过程，用于针对低电压事件测试系统的稳定性。的在要集成的宿主计算机中运行自动化测试和控制所有设备，形成一个完全自动化的测试进程。另外，已经与主机PC通过TCP/IP以太网通信-机器视觉系统扬天。此链接允许存储的时间戳中的图像主机PC这样的测试下单位的行为可以检讨脱机的测试结果。以下各节描述的各个元素的自动化测试系统包括HlL测试仪、基于视觉检验、自动化的触摸屏操作，瞬变波形发生器和测试实验。3、HlL测试仪条目模拟器16用来形成一个硬件.中.半实物仿真试验系统。HlL测试系统模拟车辆CAN总线提供电源模式对大多数网络通过大多数网关的信号。
13、它此外模拟ICP经营的信息娱乐系统。此外,HlL测试仪还提供RS232串行与相机和瞬态进行通信的接口波形发生器、电阻模拟操作触摸屏和A/D接口检测声音和声音频率测量。模拟器由仿真模型组成的条目和如图中所示的扩展硬件2。扩展框中包括一个处理器板DS1006和一个接口板DS22110DSP板运行的仿真模型，虽然接口板提供了不同的界面链接与其他设备，如罐头，抵抗的产出，A/D转换器、模拟/数字输入和输出和RS232来控制机器视觉系统的串行通信。在HIL系统中，实现了仿真模型在MATLAB/仿真/Stateflows和已编译使用自动C代码生成函数的Matlab的实时实时执行车间。3.1模拟的电源模式信
14、息娱乐系统的行为是由一个称为“电源模式”的罐决定的，例如，指示该车辆的运行状态点火关闭，”上，点火”发动机摇，”引擎运行，等。若要测试性能的信息娱乐系统系统在摇的条件下，根据测试车必须是在当应用摇引擎摇，的状态瞬变电压到这辆车。此外，任何后续必须在引擎运行，进行功能测试后摇的状态。在真正的赛车，电源模式的消息传送的身体ECU连接到罐头。因为我们在测试上一个测试的信息娱乐系统。有时，为了表示真车的平台生成正确的电源模式行为，我们利用可HIL测试仪来模拟身体ECU的模拟传输功率模式消息到大多数的网关。CANAchrVolumeFanCMroiICPaaMSRHSTrei Up BtnlCP.MSR
15、HSTYDMn ,八 IejMSEjcCOlAMfcMCPeMSuiM(O)C D KnlCFeeMSLH $Ttet UpBtnlCPvMSIHSTyDoMelNC PMSk&ow$#!UCPMMSuiM(0)AUTOtmlCRJbtt0M2flMICP.MSUtMEmflWtfnr Powr BunonlC .MS5M)OUDtUOlC PjMtSHF SetnlCR.MSXEXlDrFowremlCP-MSHonBtCF.MSum(0)HRWtmCP.MSRIICPMICrJ 0rm Id 1CAN1CAN CONTROLLER SETUPDS2211CAH-SETUP.1.C2 Odq
16、P M RTCH1UCdSuM(0)EfttPcwGutun(0)HUvM(0)3.2ICP仿真备信息娱乐系统的集成控件面板为用户提供了一些硬键的操作系统。ICP备控制的职能包括：选择的音频源,加载和弹出CD,向上/向下寻找广播电台和CD曲目、音量控件，依此类推。若要启用这些:自动化测试必须的检测中心，由控制职能，ICP备条目实时模拟器。ICP备电子控制单元与车辆的接口通过车辆罐头。因此，模拟ICP单位通过使用的条目模拟器可以模拟。图所示的ICP备仿真模型3.3.3声音检测一个简化的版的仿真模型RS232串行通信是图中所示5。A传输的消息以回车符结束和有10个字节的最大长度。已收到的邮件8个字
17、节的固定的长度。第一次3个字节给出的结果虽然以下5个字节指示结果名称值。例如，积极跟踪号码是缩写形式4基于视觉检查完善的检测包含两个方面即检测声音打开或关闭和检测的频率（统治）声音。声音信号的采样从扬声器作为结束图中所示1,并转换成数字信号的AD内的条目模拟器的转换器。打开/关闭声音确定检查信号的振幅。的声音频率由特定电路的检测模拟器。检测声音频率的目的，是若要确定声音源和积极裁谈会跟踪。3.4模拟的串行通信RS232串行通信用来建立HlL测试仪与相机之间的联系和因此，关闭循环测试的瞬态波形发生器可以执行。在测试期间，HlL测试仪是控制中心指挥相机和瞬变波形发生器和以获得检验结果从他们。例如，
18、相机需要若要选择特定的图像处理作业所吩咐为特定的测试文件。生成的检查结果相机需要返回到HlL测试仪。瞬态波形发生器需要COm扔下去砸到生成特定启动波形特定的测试。参数的波形造成故障需要返回到HlL测试人员以便可以在中重复此特定的测试以后的分析阶段。4.1 机器视觉系统机器视觉系统包括一台相机，照明、光学和图像处理软件。康耐视视线彩色视觉传感器1刀被选择的图像采集和加工，其中提供640x480像素的分辨率和32MB的闪存。采集速率的视觉传感器是60全帧每秒。图像采集是通过逐行扫描。图像提供了处理软件(视线在资源管理器Ver4.2.0)宽库的视觉工具用于特征识别核查、测量和测试应用程序。PatMa
19、XTM技术的一部分夹具和先进阅读的光学字符识(OCR)工具文1刀可在软件中。主照明的来源是从光与LED环定向的前台照明，提供了高对比度之间的对象和背景。所选的内容光学镜头取决于字段的视图和工作距离。在该设置下，镜头焦距为8毫米使用。图像处理任务可以被分配到在摄像机闪存中存储的不同的作业文件。在中组织这项工作，图像处理的工作了根据系统功能与五个作业文件相对应的五个显示页面。每个作业的文件进行所有视觉检查所需的测试页规格。在这次的视觉巡查工作可以分为三类，如下所示。4.2 检查的模式绝大多数信息娱乐功能用户可以通过触摸屏操作。因此，大部分的功能测试是检查是否屏幕给出正确像预期的那样显示。例如，我们
20、需要检查页，温度格式，时钟格式，收音机/CD的来源，等等。这种检查可以通过检测在特定的屏幕区域中的模式。图6给检查的主页上显示的示例。最初，主页的左上方模式被训练使用PatMaXTM工具和主控形状图案作为存储。在测试期间，捕获映像从测试下股与受过训练的模式进行比较。页的认识到基于模式匹配返回积分从PatMaXTM工具。如图中所示6首页页有99.9,而其他匹配的得分最高页“音频”、“气候”和”通讯“还有更低匹配的分数。作者也适用帕特MaXTM工具检测的车辆仪器群集。有关如何更详细信息PatMaXTM工具介绍工作刀.Developmentofanautomatedtestingsystemforv
21、ehicleinfotainmentsystemYingpingHuang&RossMcMurran&MarkAmor-Segan&GunwantDhadyalla&R.PeterJones&PeterBennett&AlexandrosMouzakitis&JanKielochReceived:18December2009/Accepted:12March2010/Publishedonline:15April2010#Springer-VerlagLondonLimited2010AbstractAcurrentpremiumvehicleisimplementedwithavariety
22、ofinformation,entertainment,andcommunicationfunctions,whicharegenerallyreferredasaninfotainmentsystem.Duringvehicledevelopment,testingoftheinfotainmentsystematanoveralllevelisconventionallycarriedoutmanuallybyanexpertwhocanobserveatacustomerlevel.Thisapproachhassignificantlimitationswithregardtotest
23、coverageandeffectivenessduetothecomplexityofthesystemfunctionsandhumanscapability.Hence,itishighlydemandedbycarmanufacturersforanautomatedinfotainmenttestingsystem,whichreplicatesahumanexpertencompassingrelevantsensorymodalitiesrelatingtocontrol(i.e.,touch)andobservation(i.e.,sightandsound)ofthesyst
24、emundertest.Thispaperdesibesthedesign,development,andevaluationofsuchasystemthatconsistsofsimulationofvehiclenetwork,vision-basedinspection,automatednavigationoffeatures,randomankingwaveformgeneration,sounddetection,andtestautomation.Thesystemdevelopedisableto:stimulateavehiclesystemacrossawidevarie
25、tyofinitialisationconditions,exerciseeachfunction,checkforsystemresponses,andrecordfailuresituationsforpost-testinganalysis.Y.Huang(*):R.McMurran:M.Amor-Segan:G.DhadyallaWarwickManufacturingGroup,UniversityofWarwick,CoventryCV47AL,UKe-mail:yingping.huangwarwick.ac.ukR.P.JonesSchoolofEngineeringandIA
26、RC,UniversityofWarwick,Coventry,UKP.Bennett:A.Mouzakitis:J.KielochJaguarLandRoverzEngineeringCentre,Coventry,UKKeywordsAutomatictesting.Infotainment.Imageprocessing.Modelingandsimulation.Hardware-in-the-loop.Robustness.Validation1 IntroductionAninfotainmentsystemprovidesavarietyofinformation,enterta
27、inment,andcommunicationfunctionstoavehiclesdriverandpassengers.Typicalfunctionsarerouteguidance,audioentertainmentsuchasradioandCDplayback,videoentertainmentsuchasTVandinterfacetomobilephones,aswellastherelatedinterfacefunctionsfortheuserstocontrolthesystem.Therehasbeenalargegrowthinthisareadrivenby
28、rapiddevelopmentsinconsumerelectronicsandthecustomerexpectationstohavethesefunctionsintheirvehicles.Examplesofthisaresurroundsound,DVDentertainmentsystems,iPodconnectivity,digitalradioandtelevision,andvoiceactivation.Withthisgrowthinfeaturestherehasbeenacorrespondingincreaseinthetechnicalcomplexityo
29、fsystems.Inacurrentpremiumvehicle,theinfotainmentsystemistypicallyimplementedasadistributedsystemconsistingofanumberofmodulescommunicatingviaahighspeedfiberopticnetworksuchasMediaOrientatedSystemsTransport(MOST).InthisimplementationtheinfotainmentsystemisinfactaSystemofSystems(SOS)withindividualsyst
30、emshavingautonomytoachievetheirfunction,butsharingresourcessuchastheHuman-MachineInterface(HMI)zspeakers,andcommunicationchannel1.TypicalissueswithsuchSOSareemergentbehaviorassystemsinteractinanunanticipatedmannerparticularlyduringsomeinitialisationconditionswhereitmaybepossibletogetdelaysandfailure
31、sinindividualsystems.Thesemaynotbereadilyobservableuntiltheparticularpartofthesystem is exercised. During vehicle development, validation of the infotainment system is extremely important and is conventionally carried out manually by engineers who can observe at a customer level but this has limitat
32、ions with regard to test coverage and effectiveness. The first limitation is the time available to do manual tests, which is constrained by the development time scale and engineer,s working hours. The second is in the repeatability of the test, which is subject to human error. Hence, there is a requ
33、irement for an automated infotainment test capability, which replicates a human expert encompassing relevant sensory modalities relating to control (i.e., touch and voice) and observation (i.e., sight and sound) of the system under test. Tis test capability must be able to stimulate te system across
34、 a wide variety of initialisation conditions including those seen under cranking, low battery or fault conditions, exercise each function, check for system responses, and record related data, e.g., MOST bus trace, in the case of a malfunction for subsequent analysis. This paper describes the design
35、and development of such a system as part of a UK academic and industrial collaborative project into the validation of complex systems.In the system, a Hardware-in-the-Loop (HIL) platform supported by a model-based approach simulates the vehicle network in real time and dynamically provides various e
36、ssential signals to the infotainment system under test. Since the responses of te system are majorly reflected in the display of the touch screen, a machine vision system is employed to monitor the screen for inspection of the correctness of the patterns, text, and warning lights/tell-tales. The maj
37、ority of infotainment functions are accessed by the user through an integrated touch screen. In order to achieve a fully automated testing, a novel resistance simulation technique is designed to simulate the operation of the touch screen. It is known that voltage transient processes, such as engine
38、start where an instantaneous current inrush can reach 800 A, may result in some failures on the system. To test the system robustness against low voltage transient conditions, a transient waveform generator is developed to mimic three specific transient processes. A testing automation software integ
39、rates and controls all devices to form a fully automated test process, which can be run continuously over days or even weeks. The developed testing system not only makes various testing possible, repeatable, and robust, but also greatly improves testing efficiency and eases the task of tedious valid
40、ation testing.Model-based testing of functionality of an Electronic Control Unit (ECU) using HIL has been implemented by automotive manufacturers over the last few years 2-5. Currently, Jaguar Land Rover (JLR) has adopted the HIL technology for automated testing and validation of electronic body sys
41、tems, powertrain, and chassis control systems 6z 7. The benefits of this technology includeautomatedtesting,earliertestingbeforephysicalprototypevehiclebuild,abilitytoperformrobustnessanddynamictesting,andreductionofsuppliersoftwareiterations.Machinevisionsystemshavebeenusedinmanymanufacturingapplic
42、ationssuchasautomotive8-10,roboticguidance11,andtracingsolderingdefects12,13.Theauthoralsoemployedmachinevisiontechnologyforobstacledetectioninadvanceddriverassistantsystems14z15.However,noresearchhasbeenreportedusingamachinevisionsystemfordesignvalidationtesting.Validationtestinginthedesignstageisv
43、erymuchdifferentfromtestinginmanufacturing.Firstly,designvalidationtestingrequiresdiversetestcasescoveringalargenumberof,ratherthanarestricted,settoproveproperdesign.Theonlywaytogeneratethetestcaseswhenthecarisintheearlydevelopmentphasesisusingmodel-basedtestingtechniques,whichsimulatevehicle-operat
44、ingconditionsinrealtime.Secondly,designvalidationtestingrequiresiterativeandrepeatedtestsforrobustnessevaluation,althoughitdoesnotrequireahighvolumeofpartstobetested.Thirdly,designvalidationtestingneedsfrequentadaptationofthetestingsystemfordifferenttypesofcarsorfordifferentdevelopmentstagesofthesam
45、ecar.OnenoveltyofthispaperistheintegrationofthemachinevisionandHILtechniquesforcomplexdesignvalidationtesting.Inaddition,thepaperproposesanovelpseudorandomconceptforgeneratingthreevoltagetransientwaveforms,whichallowsthetestingtomimictherandomprocessasseeninrealcases,andalsoenablesthetestingtoberege
46、neratedforfurtherinvestigations.Furthermore,acommonapproachtomimictheoperationofthetouchscreenbyahumanisbyusingrobotarms.Inthisdesign,acraftyresistancesimulationapproachreplacestherobotarmstoachievethegoal.TheapproachcanbecompletelyimplementedinsoftwarebyusingtheHILsimulator,thereforeeliminatingthen
47、eedofcomplicatedmechanicaldevicessuchasrobotarms,pneumatic/hydraulic,andsolenoidactuators.2 SystemconfigurationsTheconfigurationofthesystemdevelopedfortestingtheinfotainmentsystemisshowninFig.1.Thesystemconsistsofsixvitalelementsincludingtheunitundertest,HILtester,machinevision(camera),operationofth
48、etouchscreen,transientwaveformgenerator,andtestautomation.Theinfotainmentsystemundertestconsistsofanumberofmodulesincludingtheradio/CDplayer,amplifier(AMP)znavigationsystem,bluetooth/telephone/USB,vehiclesetup,auxiliaryaudiointerface,andclimatecontrolfunctions.TheHMIisbasedprimarilyona7TFTresistivetouchscreenwithadditionalhardkeysonanIntegratedCameraEthernet,arametersCapture DataTest AutomationscriptsVision Test TriggerIlTest，,Res
