車曉波，莊汝科，劉曉建

(山東省汽車電子技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所，山東 濟(jì)南 250014)

車身控制器(body control module，BCM)作為車身控制系統(tǒng)的核心裝置之一，主要用于提高操控的方便性和乘坐的舒適性，其控制范圍涵蓋燈光、車門、雨刮、儀表等。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和車身電控單元數(shù)量的增多，BCM 承載的功能越來越復(fù)雜，如何保證BCM 控制功能的正確性和可靠性是產(chǎn)品開發(fā)過程中的一個(gè)難點(diǎn)。國外汽車廠商和機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)BCM 功能測試技術(shù)開展了廣泛研究，形成了如TestML、CTE 等測試用例生成工具，通過應(yīng)用dSPACE、MATLAB/Simulink、Rhapsody 等控制系統(tǒng)開發(fā)工具進(jìn)行仿真測試也取得了一些成果，形成了各自的解決方案［1-4］，但是國內(nèi)廠商在使用這些方案時(shí)，通常需要支付昂貴的軟硬件費(fèi)用。國內(nèi)機(jī)構(gòu)針對(duì)BCM 功能測試也做過很多探索，對(duì)測試用例生成方法［5-7］、基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)［8-10］等方面都開展過研究。目前測試手段已經(jīng)擺脫了在原型車中進(jìn)行的方式，半自動(dòng)化、自動(dòng)化的測試流程成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。對(duì)于汽車廠家而言，通常都根據(jù)自己的車型進(jìn)行BCM 功能定義，運(yùn)用國外測試方案不可避免地存在著周期長、費(fèi)用高、擴(kuò)展難等不利因素，甚至無法直接套用國外技術(shù)。因此，掌握一種BCM 功能測試技術(shù)，對(duì)于提高汽車廠家的自主研發(fā)能力具有重要意義。

硬件在環(huán)仿真是自動(dòng)化測試系統(tǒng)常用的技術(shù)手段之一，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)行仿真模型取代BCM 的控制流程，再將BCM 的輸出回路反饋給計(jì)算機(jī)形成一個(gè)閉環(huán)的測試系統(tǒng)，該方法使測試具有可重復(fù)性、外部條件可控制、可進(jìn)行臨界測試和極限測試等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了一種通用的BCM 硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。

1 測試功能需求分析

BCM 工作時(shí)通過自身的I/O 接口或總線接收車內(nèi)的開關(guān)信號(hào)、傳感器信號(hào)以及CAN/LIN 總線信號(hào)等，然后按照預(yù)先定義的控制邏輯，通過驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍負(fù)載的控制。BCM 功能測試的主要目的是驗(yàn)證BCM 在不同操作下的響應(yīng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，硬件部分應(yīng)具備模擬實(shí)車環(huán)境為BCM 提供所需的輸入電平信號(hào)，同時(shí)對(duì)BCM 的反饋信號(hào)進(jìn)行在線檢測的能力。軟件部分主要指上位機(jī)軟件，能夠模擬人工操作、機(jī)構(gòu)指示和實(shí)車負(fù)載，檢測BCM 的運(yùn)行狀態(tài)和行車參數(shù)，提供與BCM 設(shè)計(jì)要求相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)項(xiàng)。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備操作靈活、開發(fā)周期短、系統(tǒng)易擴(kuò)展等特點(diǎn)。

2 測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基于以上分析，BCM 邏輯功能測試系統(tǒng)將按如下思路實(shí)現(xiàn)。首先在計(jì)算機(jī)上開發(fā)人機(jī)操作界面和分析平臺(tái)，用于模擬人工操作和分析測試結(jié)果;其次，為計(jì)算機(jī)接入數(shù)據(jù)發(fā)生和接收裝置，將人機(jī)界面的操作轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)發(fā)送給BCM;然后，將BCM 的輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)接收裝置反饋給計(jì)算機(jī)形成閉合環(huán)路，用以檢驗(yàn)BCM 的行為是否滿足功能需求。

2.1 硬件測試系統(tǒng)

BCM 功能測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括計(jì)算機(jī)部分、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、調(diào)理電路、電源、待測控制器等。

圖1 測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Total structure block diagram of the test system

2.1.1 計(jì)算機(jī)部分

計(jì)算機(jī)部分包括工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集板卡和顯示終端，工控機(jī)用于運(yùn)行BCM 控制模型，是人機(jī)交互的主要平臺(tái)，模型采用National Instruments 公司的La bview 軟件實(shí)現(xiàn)，借助其數(shù)據(jù)流編程特性和Labview Real-Time 工具對(duì)嵌入式設(shè)備的支持，使系統(tǒng)更容易構(gòu)建、修改和擴(kuò)展。相對(duì)于其他工具如dSPACE、MicroAutoBox，本系統(tǒng)可以根據(jù)不同的任務(wù)需求，通過更換、升級(jí)板卡、增加虛擬儀器快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)換代。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備

數(shù)據(jù)采集設(shè)備是連接計(jì)算機(jī)與待測BCM 之間的橋梁，用于傳遞來自計(jì)算機(jī)的控制命令，并接收BCM 的反饋信號(hào)。根據(jù)所處理信號(hào)類型的不同，數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括數(shù)字I/O、模擬I/O、CAN/LIN 通訊設(shè)備等。設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間采用插卡式連接，每一種設(shè)備是一種插卡，利用Labview 對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式設(shè)備的良好支持，可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的靈活控制，既保證了性能，又能采用不同硬件實(shí)現(xiàn)更多功能。

2.1.3 調(diào)理電路

調(diào)理電路用于將BCM 信號(hào)調(diào)理到板卡所能接受的范圍。如模擬、數(shù)字、脈沖電平電壓調(diào)制，信號(hào)濾波、放大調(diào)制等。例如，BCM 的有效電平通常是0～12 V，對(duì)于不能提供0～12 V 電壓信號(hào)的I/O 設(shè)備需要外接上拉/下拉電路加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，以滿足BCM 的要求。

2.2 單項(xiàng)功能測試

由于BCM 功能很多，這里不能一一列舉，下面以轉(zhuǎn)向燈測試為例對(duì)系統(tǒng)測試方法、BCM 信號(hào)控制進(jìn)行說明。

轉(zhuǎn)向燈的行為包括單獨(dú)閃爍和雙閃兩種，就左轉(zhuǎn)向燈單獨(dú)閃爍功能而言，具體要求是:當(dāng)滿足車速大于30 km/h、點(diǎn)火鑰匙處于ON 檔位置、危險(xiǎn)警示信號(hào)有效，同時(shí)左轉(zhuǎn)向開關(guān)閉合時(shí)，左轉(zhuǎn)向燈單獨(dú)閃爍。

由于對(duì)BCM 的邏輯功能測試過程也是通過計(jì)算機(jī)控制BCM 輸入信號(hào)并分析反饋信號(hào)的過程，因此，測試前需要對(duì)BCM 的信號(hào)類型及其控制和測試方法進(jìn)行分析。

轉(zhuǎn)向燈功能涉及4 路輸入和1 路輸出信號(hào)，均為數(shù)字信號(hào)，采用NI PCI-6515 數(shù)字采集卡作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，該設(shè)備提供64 通道隔離數(shù)字I/O 接口，內(nèi)部具有可靠的工業(yè)24 V 邏輯閾值，外部輸出電壓在0～30 V內(nèi)可調(diào)，可以完成開關(guān)量輸入輸出、脈沖信號(hào)模擬。

其中點(diǎn)火鑰匙、危險(xiǎn)警示、左轉(zhuǎn)向開關(guān)信號(hào)3 路屬于開關(guān)量輸入信號(hào)，開關(guān)量信號(hào)接口電路如圖2 所示，輸入均為低電平有效，當(dāng)In 引腳懸空或者為高電平時(shí)，由于12 V 電源端(P12Vcon)的存在使Out 引腳保持高電平，當(dāng)In 引腳處于低電平時(shí)，Out 引腳轉(zhuǎn)為低電平。這樣計(jì)算機(jī)可以通過數(shù)字I/O 設(shè)備控制In 引腳來操縱開關(guān)的關(guān)斷。另一路車速輸入表現(xiàn)為方波信號(hào)，接口電路見圖2，根據(jù)車速與方波頻率的換算關(guān)系(車速=方波頻率×速度因子)，可以得到波形的頻率參數(shù)，同理可以通過控制數(shù)字I/O 設(shè)備輸出一個(gè)準(zhǔn)確的方波信號(hào)?？紤]到車速是一個(gè)連續(xù)變化的值，無法在所有可能的車速條件下都進(jìn)行測試，可以在臨界條件附近選取幾個(gè)離散的點(diǎn)如29.5 km/h，30 km/h，30.5 km/h 進(jìn)行測試。左轉(zhuǎn)向燈輸出(Left_Out)為開關(guān)量信號(hào)，接口電路見圖3，Left_Out 端輸出信號(hào)將通過數(shù)字I/O設(shè)備反饋給計(jì)算機(jī)，其狀態(tài)以虛擬車燈的形式顯示出來，用于觀察和分析該項(xiàng)功能的完成情況。

圖4 BCM 測試軟件界面Fig.4 BCM testing software interface

3 系統(tǒng)軟件與測試結(jié)果

3.1 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件在計(jì)算機(jī)上為用戶提供了一個(gè)虛擬的操作界面(圖4)，按功能可劃分為門鎖控制、外部燈光控制、雨刮控制、除霜控制、防盜報(bào)警控制及警示指示燈控制等;界面元素包括各種控制輸入的滑動(dòng)開關(guān)、控制速度的旋鈕、顯示BCM 反饋信號(hào)的LED 燈以及關(guān)鍵的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。在進(jìn)行測試操作之前，首先需要配置數(shù)字I/O設(shè)備端口與被測BCM 端口之間的關(guān)聯(lián)表，通過關(guān)聯(lián)表建立起兩者之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)用戶操作界面上的控件時(shí)，計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)數(shù)字I/O 設(shè)備輸出更新的控件值到相應(yīng)的BCM 端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)BCM 的控制，同時(shí)BCM 的輸出狀態(tài)將在界面上以圖形的方式顯示出來。

在測試時(shí)，為了保證測試工作的準(zhǔn)確性，應(yīng)著重從以下三個(gè)方面進(jìn)行考核:

(1)控制功能測試:模擬駕駛行為輸入，利用控件對(duì)BCM 對(duì)象(比如門鎖、外部燈光等)模擬操作，進(jìn)行BCM 完整控制策略的驗(yàn)證，通過反饋信號(hào)的狀態(tài)判斷BCM 動(dòng)作是否符合預(yù)期要求;

(2)性能測試:對(duì)時(shí)間或者動(dòng)作次數(shù)有要求的功能項(xiàng)，比如期望轉(zhuǎn)向燈正常閃爍頻率為86 次/s，需要對(duì)相關(guān)功能項(xiàng)進(jìn)行多次測試，對(duì)響應(yīng)結(jié)果的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)時(shí)性等進(jìn)行驗(yàn)證;

(3)無效測試:通過手工或者自動(dòng)注入方式，使被測功能項(xiàng)中若干輸入條件中的一個(gè)或者幾個(gè)無效，或者添加與待測功能項(xiàng)無關(guān)的激勵(lì)，檢測BCM 的輸出狀態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)無效功能的測試。

3.2 測試結(jié)果

利用該系統(tǒng)對(duì)某車型BCM 邏輯功能進(jìn)行了硬件在環(huán)測試，測試過程中發(fā)現(xiàn)的問題如表1 所示。

表1 BCM 功能測試結(jié)果(僅列出部分有問題的測試項(xiàng))Table 1 BCM functional test results (Only some questioning test items listed)

被測的BCM 功能有56 項(xiàng)，通過測試發(fā)現(xiàn)其中12 項(xiàng)存在不同程度的邏輯問題，其中控制功能問題7 項(xiàng)，性能問題5 項(xiàng)。測試結(jié)果為產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)和提高提供了科學(xué)依據(jù)。整個(gè)測試過程均可通過計(jì)算機(jī)完成，與實(shí)車測試相比，簡化了操作，縮短了測試周期。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)主要用于BCM 邏輯功能測試，系統(tǒng)使用方便簡單，可以模擬實(shí)車環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在線測試。通過適當(dāng)擴(kuò)展升級(jí)可以完成大型、復(fù)雜的測試任務(wù)，并且系統(tǒng)成本低、可靠性高，在BCM 產(chǎn)品以及其他電子類產(chǎn)品的功能測試方面具有推廣價(jià)值。

隨著BCM 集成的功能越來越復(fù)雜，對(duì)測試系統(tǒng)的要求也愈加嚴(yán)格。在下一步的工作中，一方面要進(jìn)行完善的測試用例設(shè)計(jì)，建立測試用例生成機(jī)制，對(duì)于需要多輸入的功能項(xiàng)，既能剔除無效的用例提高測試效率，也能夠通過改變輸入條件的多種組合擴(kuò)大測試覆蓋范圍;另一方面，要建立BCM 測試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、測試規(guī)范和測試流程，使測試工作趨向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

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