作者：楊豔明1、相朋舉

、曹磊 （北京泛華恒興科技有限公司 北京 100192）

摘要：chechuanganniuzuoweiqichedianzibujianzhongshiyongpinlvzuiduodebujianzhiyi，qilaohuatexingshizuishouguanzhude。lianghaodechechuanganniulaohuaceshixitongnenggouzhunquefanyingchuanniuzhiliangdeyoulie
，tongshiyeshiqichezhengtianquanxingdebaozheng。benwentichuleyizhongjiyurouxingceshijishudechechuanganniulaohuaceshifangan
，chanshuleqijibendeceshiyuanliyijijutiruanyingjianshixianfangfa，gaixitongyibeiyongyuxianchangceshi，zhengmingqiyunxingwendingkekao。

關鍵詞：車窗按鈕；老化測試；柔性測試
；

中圖分類號：TM76  文獻標識碼：A

Car Window Button Aging Test System Based on Flexible Testing Technology

Yang Yan-ming, Xiang Peng-ju, CaoLei
(Beijing Pansino Solutions Technology Co.,Ltd., Beijing 100192, China)

Abstract: The aging test characteristic of the car window has been focus on for a long time for its widely and frequently used in car electrical equipments. The quality of the button related to   the whole car safety can be tested by a good aging test system. A new testing scheme is developed based on flexible testing technology. Its testing theory and measurement is introduced including the hardware and software. This testing system has been equipped and running well.

Key word: Car Window Button; Aging test; Flexible Testing

1、引言
車窗按鈕作為最常用的汽車電子部件之一，其可靠性和穩定性反映了汽車電子產品的質量優劣；另(ling)外(wai)車(che)窗(chuang)按(an)鈕(niu)如(ru)果(guo)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)，也(ye)有(you)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)極(ji)為(wei)嚴(yan)重(zhong)的(de)事(shi)故(gu)，因(yin)此(ci)在(zai)實(shi)際(ji)車(che)窗(chuang)按(an)鈕(niu)的(de)生(sheng)產(chan)中(zhong)，其(qi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)的(de)測(ce)試(shi)或(huo)者(zhe)說(shuo)老(lao)化(hua)測(ce)試(shi)成(cheng)為(wei)了(le)一(yi)個(ge)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)步(bu)驟(zhou)。當(dang)然(ran)，車(che)窗(chuang)按(an)鈕(niu)的(de)類(lei)型(xing)也(ye)分(fen)為(wei)很(hen)多(duo)，最(zui)為(wei)常(chang)見(jian)的(de)就(jiu)是(shi)單(dan)鍵(jian)雙(shuang)值(zhi)的(de)按(an)鈕(niu)，即(ji)一(yi)個(ge)按(an)鈕(niu)擁(yong)有(you)彈(dan)起(qi)和(he)按(an)下(xia)兩(liang)個(ge)鍵(jian)值(zhi)。除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)

，也(ye)有(you)其(qi)他(ta)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)的(de)按(an)鈕(niu)，比(bi)如(ru)一(yi)個(ge)按(an)鈕(niu)擁(yong)有(you)上(shang)下(xia)兩(liang)個(ge)行(xing)程(cheng)，每(mei)個(ge)行(xing)程(cheng)除(chu)複(fu)位(wei)外(wai)還(hai)各(ge)有(you)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)鍵(jian)值(zhi)，這(zhe)種(zhong)按(an)鈕(niu)共(gong)有(you)五(wu)個(ge)鍵(jian)值(zhi)。所(suo)以(yi)
，車(che)窗(chuang)按(an)鈕(niu)的(de)老(lao)化(hua)測(ce)試(shi)既(ji)要(yao)能(neng)夠(gou)測(ce)試(shi)多(duo)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)按(an)鈕(niu)，也(ye)能(neng)夠(gou)監(jian)控(kong)不(bu)同(tong)按(an)鈕(niu)的(de)多(duo)個(ge)鍵(jian)值(zhi)。
chuantongdechechuanganniulaohuaceshijibendoushijiyuguhuadeyingjiandianluhejixiejiegoulaishixian，qiquedianjiushiyidanyingjiandianlushejiwancheng，nameqicanshujibendouyiguding
，dangbeicejianbianhuahuozhexiugaiceshicanshushi，xitonghennanzuochuxiangyingdetiaozheng
，wufashixianbeicejiandeduoyangxingceshihelinghuodexitongpeizhi。benwenzaifenxiyiyoujiancexitongdejichushang
，tichulejiyuqianrushiyingjianheshishiruanjianxiangjiehedefangan，bujinnenggouceshiduoleiduogechechuanganniu，erqiekeyijinxingshishipeizhi，wanchengmeigeanniudeduogejianzhijiankong
，nenggoudafutigaochechuanganniulaohuaceshidexiaolv。

2、車窗按鈕老化測試原理
傳統的車窗按鈕老化測試的原理大多數都是針對單鍵雙值的按鈕

，在指定的一段時間內，如果按鈕被按下，則認為是一次“觸發”
，那(na)麼(me)計(ji)數(shu)就(jiu)增(zeng)加(jia)一(yi)次(ci)。這(zhe)種(zhong)測(ce)試(shi)方(fang)式(shi)更(geng)多(duo)關(guan)注(zhu)的(de)是(shi)按(an)鈕(niu)在(zai)失(shi)效(xiao)前(qian)的(de)被(bei)按(an)下(xia)次(ci)數(shu)，因(yin)此(ci)隻(zhi)能(neng)從(cong)次(ci)數(shu)上(shang)對(dui)按(an)鈕(niu)的(de)壽(shou)命(ming)做(zuo)粗(cu)略(lve)測(ce)試(shi)，而(er)不(bu)能(neng)對(dui)按(an)鈕(niu)每(mei)個(ge)鍵(jian)值(zhi)在(zai)老(lao)化(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)產(chan)生(sheng)的(de)漸(jian)變(bian)做(zuo)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)。本(ben)文(wen)提(ti)出(chu)的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)是(shi)可(ke)以(yi)涵(han)蓋(gai)多(duo)種(zhong)類(lei)型(xing)按(an)鈕(niu)

，下(xia)麵(mian)以(yi)目(mu)前(qian)最(zui)複(fu)雜(za)的(de)雙(shuang)行(xing)程(cheng)五(wu)值(zhi)按(an)鈕(niu)為(wei)例(li)來(lai)說(shuo)明(ming)測(ce)試(shi)原(yuan)理(li)。

圖 1 雙行程五值按鈕測試原理
按鈕每次被按下之前都有一個觸發信號
，觸發周期T表明在該段時間內，按鈕的所有鍵值都要被監測一次。上、下行程的兩個鍵值分為u1,u2,d1,d2，複位鍵值為R。M1，M2

，M3
，M4，M5表示對應鍵值的位置
，t0表示觸發信號上升沿到來時距離按鈕第一個鍵值出現的時間間隔。

對於同一類型的按鈕
，其鍵值數量是確定的
，通過程序先獲取此次安裝到機械台上按鈕各個鍵值相對於觸發信號的延時，如u1鍵值距離觸發上升沿延時為t0，u2鍵值距離觸發上升沿延時為t0+t(u1)，依次類推，d2鍵值距離觸發上升沿延時為t0+t(u1)*2+t(u2)*2+t(R)+t(d1)。

weilezuidaxiandudebaozhengcaijizhidezhunque，shedingdemeigejianzhidecaijiweizhizuihaoweigaijianzhichixuguochengdezhongdianchu。zheyangxitonganzhaoyichufaxinhaoweijizhundeshixuduianniujianzhijinxingcaijihejiankong。xiatushishijixitongjiancededanjiansanzhianniu30000次動作的數據。

圖 2 a 單鍵三值按鈕動作示意圖
b單鍵三值按鈕30000次數據記錄

圖中，d1,d2和u1分別表示按鈕位置d1
、d2和複位時實時鍵值
，H和T表示當前測試的濕度和溫度
，圖中橫坐標30000表示係統已經監控了的按鈕動作完成次數。

3、監控係統設計
3.1 基於柔性測試技術的係統概述
柔性測試技術是以測試測量係統的整體功能及性能為關注對象，對滿足測試測量係統需求的方法和手段進行研究及開發的技術[1]。它以虛擬儀器技術為核心，融合了測試測量、機電一體化
、網絡通信及軟件等多種技術

；以測試係統的精確性、可靠性、適應性

、靈活性和拓展性為研究目標；既麵向應用
，又專注於測試行業的發展
，推動著現代測試技術在實際應用中的快速發展。

benjiankongxitongchulewanchengduianniuduogejianzhilianxubuduandecaijijiankongwai
，haixuyaonenggougenjuanniuleixingdebutonglinghuodipeizhibutongdecanshu。anniujianzhishujudecaiji、顯示、分析的功能是監控係統的核心，但是考慮到要做的是按鈕的老化測試，因此對係統的可靠性、穩定性也提出了嚴格的要求。同時由於要對按鈕鍵值做實時監控，記錄按鈕老化失效的漸變過程，所以外界環境的幹擾、係統本身的電磁幹擾等都將影響鍵值信號
，因此監控係統良好的電磁幹擾處理也是必要的。

另外，考慮到監控係統對執行機構動作的響應能力，按鈕鍵值的實時采集精度等情況，本係統選擇FPGA作為下位機采集的關鍵硬件，通過下位機實時操作係統[3]（Real-Time Operation System）上程序的控製從而完成按鈕鍵值的采集
，並把數據通過TCP協議傳輸到上位機，做數據的實時顯示和分析等。由於采用了網絡作為數據傳輸的媒介
，所以網絡的穩定性
、網絡操作的容錯機製也是設計係統時需要重點考慮的問題。下麵將分別從硬件和軟件方麵對車窗按鈕監測係統做詳細闡述。

3.2 硬件設計係統
整個監測係統采用的硬件平台是基於NI CompactRIO[2]係列硬件實現的。該係列產品是一種小巧堅固的工業化測試和采集係統。係統最大的特點是包含可重新配置的I/O及FPGA芯片，可以通過對FPGA芯片的編程實現基於硬件的可靠係統，CompactRIO還包含支持熱插拔的模塊，根據不同的測試需求，可以選擇不同的模塊，如數字輸入
、模擬輸入

、輸出、動態信號采集、溫度傳感器信號采集等，而且由於在該平台上運行的是實時操作係統
，因此整個監控係統核心部分――下位機的可靠性和穩定性都有了極大的提高。

圖 3 車窗按鈕老化測試係統框架

實時控製器是針對實時控製需求而設計的,該控製器運行LabVIEW實時（Real-Time）係統與程序，可以進行確定性控製、數據記錄和分析。實時控製器具有普通操作係統諸如（WINDOWS係列）所無法比擬的實時特性
，可以精確地結合硬件係統進行定時
，可以迅速
、確定的對外部事件進行響應。同時實時控製器的係統穩定性，平均無故障運行時間（MTBF）等也較普通控製器有大幅提高。NI cRIO-9014嵌入式實時控製器，是高性能NI CompactRIO可編程自動化控製器(PAC)平台中的一個器件。它既具有400MHz Freescale處理器，2GB非易失性存儲，128MB DDR2 RAM
，該控製器設計堅固、可靠且電源能耗低
，其9VDC和35VDC兩種電源輸入可用於CompactRIO機箱/模塊的隔離供電，操作溫度範圍較寬，能長時間實現遠程應用。

本係統選擇嵌入式機箱NI cRIO-9112作為係統各個模塊與控製器連接的橋梁。該機箱擁有8個可重配置的I/O模塊，內嵌Xilinx Virtex-5 FPGA芯片，可以方便通過labVIEW編程軟件實現自定義的硬件功能，如定時

，觸發控製以及嵌入式的同步操作。由於FPGA在硬件是是嚴格並行執行，因此對於采用觸發信號作為按鈕鍵值采集方式的係統而言是個有力的實時保證。另外，該機箱擁有-40 to 70 °C溫度工作範圍，可以適合於惡劣的操作環境。

係統選用NI 9205作為按鈕鍵值的采集模塊，該模塊擁有16路差分模擬信號輸入，250KS/s的總采樣率

，16位A/D分辨率

，可支持熱插拔操作，通道隔離以及過壓保護。由於現場按鈕動作的執行機構每次最多隻能操作20個按鈕，因此本係統選用了2塊kuai采cai集ji模mo塊kuai即ji可ke。硬ying件jian上shang的de模mo塊kuai化hua設she計ji使shi得de係xi統tong在zai擴kuo展zhan時shi極ji為wei方fang便bian，隻zhi需xu添tian加jia對dui應ying的de模mo塊kuai即ji可ke，而er不bu需xu要yao做zuo其qi他ta電dian氣qi或huo者zhe機ji械xie上shang的de改gai變bian。對dui於yu現xian場chang觸chu發fa信xin號hao（高為24V，低為0V）的采集，選用NI 9221來完成
，支持±60V的電壓輸入，擁有8個模擬輸入通道。為了最大限度利用模塊資源
，實際係統將9221的另外7個模擬輸入通道也作為了按鈕鍵值的采集，作為采集按鈕通道的擴展。另外係統還選用了其他數字模塊
，用來做係統狀態的顯示等。

3.3 軟件設計
本係統圖形化編程語言LabVIEW[4]作為開發平台，它內置信號采集、測ce量liang分fen析xi與yu數shu據ju顯xian示shi功gong能neng，摒bing棄qi了le傳chuan統tong開kai發fa工gong具ju的de複fu雜za性xing
，在zai提ti供gong強qiang大da功gong能neng的de同tong時shi還hai保bao證zheng了le係xi統tong靈ling活huo性xing。根gen據ju係xi統tong的de硬ying件jian架jia構gou，軟ruan件jian部bu分fen也ye由you三san部bu分fen來lai組zu成cheng。Windows PC的上位機軟件部分
、CompactRIO System的實時操作係統部分和FPGA部分。如圖所示

圖 4 a  測試係統軟件框架設計

b  係統軟件設計功能模塊框圖
數據采集硬件模塊將采集到按鈕鍵值被采集模塊轉換成數字信號之後，進入機箱底板的FPGA芯片，在LabVIEW開發環境中對FPGA芯片進行設計和編程，通過編譯器將labVIEW圖形化的代碼轉換成FPGA的二進製比特流文件
，並下載固化到FPGA的RAM裏，以便程序的自動加載。FPGA上I/O的數據與實時控製器上運行的LabVIEW Real-Time程序進行交互，實現數據分析、判斷、存儲等操作，同時還將測得數據通過TCP/IP傳輸到上位機的LabVIEW程序中實現在PC機端顯示，在PC端可對數據進行查看、報表生成和打印。

軟件係統設計包括底層FPGA程序設計、RT程序設計，Windows程序設計。以上位機的Windows程序為例，設計采用多線程的隊列狀態機架構，其中有主線程和UI檢測線程。UI檢測線程負責和用戶的人機界麵操作進行交互，將用戶操作指令通過隊列發送到主循環中，主循環執行主要的功能操作如初始化、數據讀取、顯示、刷新

、存儲、生成報表等操作。係統上位機分為參數獲取和數據采集兩大功能模塊。下圖為參數獲取功能程序框圖。

圖 5 參數獲取功能程序框圖

考慮到現場按鈕每次安裝位置的微小差異
、按鈕動作執行機構的操作誤差等實際因素，為了最大限度的提高係統采集的精度及穩定性，參數獲取的軟件功能可以在每次按鈕
、zhixingjigouanzhuanghaozhihoujinxingyicichufaxinhaohemouyitongdaodeshujucaiji，yonglaihuoquchufaxinhaoyuanniujianzhizhijiandeyanshi。zheyangdehaochujiushimeicishiyanqiankeyiyuxianhuoquyiciyanshidecanshu，yibaozhengxitongcaijidejingdu
，congerjinyibutigaoxitongzhengtidekekaoxing。

4
、係統開發難點
4.1 測試精度的保證
車(che)窗(chuang)升(sheng)降(jiang)按(an)鈕(niu)老(lao)化(hua)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)首(shou)先(xian)要(yao)實(shi)時(shi)顯(xian)示(shi)保(bao)存(cun)多(duo)個(ge)按(an)鈕(niu)各(ge)個(ge)鍵(jian)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)
，選(xuan)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)的(de)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)是(shi)必(bi)要(yao)的(de)，另(ling)外(wai)測(ce)試(shi)方(fang)式(shi)則(ze)是(shi)關(guan)鍵(jian)。係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)通(tong)過(guo)PLCchufaxinhaohuoquyanshicanshudefangfakeyishidemeicilaohuashiyanxitongcaijideshujubuhuifashengpiancha，jibuhuifashenganniujianzhicaijihunluandeqingkuang。tongshi，meicishiyanqiandecanshuhuoquceshifangfanenggougenghaodexiaoyanshiyancanshushifoudedang，zuidaxiandudebaozhengcaijianniujianzhiweizhidezhunque。

4.2 係統穩定性保證
穩定性包括以下幾個方麵
，首先是硬件的穩定性，硬件選擇上選擇穩定性和可靠性較高的產品，硬件的平均無故障時間都在10萬小時以上，同時模塊支持熱插拔，在損害後可以方便更換。
軟件運行平台采用具有較高穩定性的實時操作係統作為運行平台。程序采用LabVIEW RT模塊進行開發。並結合具有硬件穩定性的FPGA程序。在RT軟件上采用針對cRIO係(xi)統(tong)設(she)計(ji)的(de)看(kan)門(men)狗(gou)
，能(neng)夠(gou)保(bao)證(zheng)在(zai)軟(ruan)件(jian)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)出(chu)現(xian)如(ru)死(si)機(ji)等(deng)故(gu)障(zhang)情(qing)況(kuang)下(xia)自(zi)動(dong)重(zhong)啟(qi)係(xi)統(tong)。另(ling)外(wai)軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)上(shang)采(cai)用(yong)了(le)專(zhuan)門(men)的(de)錯(cuo)誤(wu)記(ji)錄(lu)程(cheng)序(xu)。將(jiang)軟(ruan)件(jian)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)錯(cuo)誤(wu)日(ri)誌(zhi)進(jin)行(xing)保(bao)留(liu)，方(fang)便(bian)係(xi)統(tong)的(de)調(tiao)試(shi)和(he)故(gu)障(zhang)的(de)診(zhen)斷(duan)。

5 結論
本(ben)文(wen)提(ti)出(chu)車(che)窗(chuang)升(sheng)降(jiang)按(an)鈕(niu)老(lao)化(hua)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)不(bu)但(dan)能(neng)夠(gou)同(tong)時(shi)監(jian)測(ce)多(duo)個(ge)按(an)鈕(niu)狀(zhuang)態(tai)而(er)且(qie)具(ju)備(bei)很(hen)強(qiang)的(de)擴(kuo)展(zhan)性(xing)，隻(zhi)要(yao)在(zai)硬(ying)件(jian)上(shang)添(tian)加(jia)響(xiang)應(ying)的(de)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)，那(na)麼(me)軟(ruan)件(jian)上(shang)基(ji)本(ben)無(wu)需(xu)改(gai)動(dong)就(jiu)可(ke)以(yi)方(fang)便(bian)的(de)實(shi)現(xian)按(an)鈕(niu)數(shu)量(liang)的(de)擴(kuo)展(zhan)。另(ling)外(wai)采(cai)用(yong)軟(ruan)件(jian)靈(ling)活(huo)配(pei)置(zhi)延(yan)時(shi)參(can)數(shu)的(de)方(fang)法(fa)使(shi)得(de)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)消(xiao)除(chu)機(ji)械(xie)台(tai)架(jia)本(ben)身(shen)的(de)執(zhi)行(xing)誤(wu)差(cha)和(he)按(an)鈕(niu)安(an)裝(zhuang)誤(wu)差(cha)的(de)影(ying)響(xiang)
，同(tong)時(shi)係(xi)統(tong)針(zhen)對(dui)每(mei)個(ge)按(an)鈕(niu)各(ge)個(ge)鍵(jian)值(zhi)的(de)監(jian)控(kong)設(she)計(ji)也(ye)保(bao)證(zheng)了(le)按(an)鈕(niu)老(lao)化(hua)測(ce)試(shi)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)和(he)精(jing)確(que)性(xing)，數(shu)據(ju)曲(qu)線(xian)和(he)報(bao)警(jing)位(wei)置(zhi)的(de)顯(xian)示(shi)可(ke)以(yi)更(geng)好(hao)地(di)給(gei)出(chu)按(an)鈕(niu)的(de)老(lao)化(hua)特(te)性(xing)信(xin)息(xi)。
本係統目前已通過了某汽車部件生產廠商的最終驗收，係統運行穩定。是按鈕老化測試在汽車電子部件檢測領域的一個成功應用。

參考文獻
[1]關於“柔性“測試技術[J],現代雷達,2012年01期.
[2]National Instruments. cRIO Fundamentals Course Manual [Z]. 2008.
[3]National Instruments.RT Fundamentals Course Manual [Z]. 2008.
[4]陳錫輝，張銀鴻. LabVIEW 8.20程序設計從入門到精通[M].北京：清華大學出版社,2008