呂 峰，歐增開

（東風(fēng)柳州汽車有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545005）

近年來，國內(nèi)自主品牌企業(yè)在整車電控系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)方面投入了很多資金和人員力量，并且配備自主開發(fā)的控制器的車型也陸續(xù)上市。但從研發(fā)設(shè)計(jì)到實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證階段，整體來說還不具備較完善的測(cè)試環(huán)境和測(cè)試流程，尤其是控制器控制策略及故障診斷策略的測(cè)試驗(yàn)證方面，還處于簡(jiǎn)單的車身臺(tái)架及手動(dòng)測(cè)試階段。這種模式只能對(duì)常規(guī)的邏輯類功能進(jìn)行驗(yàn)證，不能覆蓋到包括復(fù)雜交互式性能、故障 （電器、功能）注入、極限工況以及對(duì)時(shí)間參數(shù)有嚴(yán)格要求的邏輯功能測(cè)試，況且這些工況在實(shí)車測(cè)試環(huán)節(jié)中也未必能遇到。由于測(cè)試環(huán)節(jié)的不夠完善，導(dǎo)致上市的車輛會(huì)存在沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)的潛在問題［1］，因此自主企業(yè)針對(duì)電控單元的研發(fā)、測(cè)試及驗(yàn)證過程，建立先進(jìn)的測(cè)試環(huán)境條件以及完善的測(cè)試流程至關(guān)重要，本文針對(duì)某車型整車電控系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)測(cè)試的方案原理及測(cè)試流程進(jìn)行闡述。

1 系統(tǒng)測(cè)試需求分析

某車型的整車系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)如圖1所示。整個(gè)測(cè)試過程需要搭建系統(tǒng)硬件在環(huán) （HIL）仿真測(cè)試環(huán)境，基于該平臺(tái)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)整車系統(tǒng)電器系統(tǒng)的功能策略進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜測(cè)試，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行工況模擬，實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)的故障模式注入 （電器故障和功能故障）及診斷測(cè)試。

1.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)需求分析是搭建HIL測(cè)試環(huán)境的前提。需要根據(jù)以下設(shè)計(jì)輸入 （客戶及供應(yīng)商提供）對(duì)HIL系統(tǒng)進(jìn)行電器接口配置設(shè)計(jì):①整車電氣原理圖；②電控單元引腳定義；③電控單元輸入輸出接口電路；④電控單元傳感器特性參數(shù)；⑤電控單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性參數(shù)；⑥電控單元插接件及連接線束；⑦執(zhí)行機(jī)構(gòu)插接件及連接線束；⑧整車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠x；⑨整車網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)庫 （dbc文件和ldf文件）；⑩診斷協(xié)議及診斷數(shù)據(jù)庫 （cdd文件）；11故障碼列表及故障注入方式。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需求

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需求主要是基于用戶需求、被測(cè)對(duì)象功能測(cè)試需求分析基礎(chǔ)之上，確定測(cè)試管理Layout、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析環(huán)境、系統(tǒng)測(cè)試控制軟件界面以及自動(dòng)化測(cè)試環(huán)境等。

1.3 系統(tǒng)建模設(shè)計(jì)需求

HIL系統(tǒng)功能測(cè)試除了搭建系統(tǒng)硬件環(huán)境，即滿足電控單元所需的整車電氣環(huán)境、測(cè)試軟件管理環(huán)境之外，還需要搭建整車系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，需要構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、道路環(huán)境及駕駛員模型等車輛運(yùn)行環(huán)境模型。

2 系統(tǒng)測(cè)試實(shí)施

2.1 系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)概述

HIL測(cè)試系統(tǒng)主要包括硬件仿真平臺(tái) （dSPA-CE Simulator和測(cè)試臺(tái)架）、實(shí)時(shí)仿真ASM模型以及測(cè)試管理軟件 （控制臺(tái)操作界面）等幾部分。

2.1.1 硬件仿真平臺(tái)Simulator

硬件仿真平臺(tái)采用的是德國dSPACE Simulat-or，該平臺(tái)主要用于和真實(shí)電控單元進(jìn)行電氣連接及通信，提供控制器所需的各種傳感器輸入信號(hào)，并接受控制器發(fā)出的各種控制信號(hào)，反饋給車輛模型進(jìn)行計(jì)算仿真，同時(shí)可以產(chǎn)生 （模擬）各種故障用于故障工況仿真。

2.1.2 實(shí)時(shí)仿真模型

實(shí)時(shí)仿真模型包括IO模型和車輛模型，IO模型主要負(fù)責(zé)把傳感器等的物理信號(hào)通過轉(zhuǎn)換關(guān)系得到電氣信號(hào)值，同時(shí)把采集到的電氣信號(hào)值通過轉(zhuǎn)換關(guān)系得到物理值；車輛模型包括發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系（包括變速器和差速器等）、車輛動(dòng)力學(xué)以及道路環(huán)境模型。圖2為實(shí)時(shí)仿真模型外層基本框架。

通過ModelDesk利用提供的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等車輛參數(shù)對(duì)車輛模型進(jìn)行參數(shù)化，使實(shí)時(shí)仿真模型能夠正確模擬車輛運(yùn)動(dòng)，被控對(duì)象能夠及時(shí)準(zhǔn)確響應(yīng)控制器的控制動(dòng)作并把運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋給控制器。

2.1.3 系統(tǒng)測(cè)試控制管理

利用ControlDesk測(cè)試管理軟件創(chuàng)建圖形化界面（圖3），對(duì)整個(gè)測(cè)試過程進(jìn)行控制和管理，能夠進(jìn)行硬件管理、虛擬儀表顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)控、變量及參數(shù)設(shè)置，并進(jìn)行模型的下載［2］。

基于AutomationDesk自動(dòng)化測(cè)試管理平臺(tái)，按照測(cè)試規(guī)范，編制相應(yīng)的測(cè)試序列，實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例的實(shí)現(xiàn)及自動(dòng)化測(cè)試腳本開發(fā)，并形成測(cè)試報(bào)告。

2.2 測(cè)試系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)硬件接口配置

根據(jù)控制器的引腳功能定義、傳感器與驅(qū)動(dòng)器的電氣特性，對(duì)HIL測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行I／O通道的建立與配置管理，并且根據(jù)客戶的需求完善系統(tǒng)配置。在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)列表Signal List，該信號(hào)列表全面地反映了HIL測(cè)試系統(tǒng)的功能配置，并根據(jù)需求與定義，完善此列表。主要工作如下:①控制器相關(guān)板卡配置；②控制器與仿真柜的硬線連接；③dSPACE相關(guān)實(shí)時(shí)系統(tǒng)軟件配置；④I／O模型配置與映射；⑤傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)匹配；⑥集成CANLIN通信模型。

2.2.2 試驗(yàn)管理Layout設(shè)計(jì)

試驗(yàn)管理Layout設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較友好的人機(jī)界面，方便用戶進(jìn)行測(cè)試、分析、統(tǒng)計(jì)、查看等一系列測(cè)試管理工作?；贑ontrolDesk試驗(yàn)管理軟件，設(shè)計(jì)測(cè)試界面Layout，主要包括以下幾個(gè)部 分［3］:①系 統(tǒng) 基 本 控制窗口；②傳感器輸入信號(hào)模擬窗口；③執(zhí)行器輸出信號(hào)采集窗口；④數(shù)據(jù)分析窗口；⑤總線數(shù)據(jù)顯示窗口；⑥圖標(biāo)界面顯示窗口。

2.2.3 傳感器信號(hào)標(biāo)定測(cè)試

通過界面控制，對(duì)測(cè)試機(jī)柜的傳感器仿真信號(hào)進(jìn)行模擬，結(jié)合標(biāo)定工具CANape或INCA對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集測(cè)試，并進(jìn)行標(biāo)定和確認(rèn)。

2.2.4 執(zhí)行器信號(hào)標(biāo)定測(cè)試

需要對(duì)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)負(fù)載進(jìn)行模擬或采用實(shí)際負(fù)載，結(jié)合標(biāo)定工具CANape或INCA對(duì)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，并進(jìn)行標(biāo)定和確認(rèn)。

2.2.5 測(cè)試臺(tái)架安裝與調(diào)試

對(duì)預(yù)先設(shè)計(jì)好的方案進(jìn)行臺(tái)架樣件安裝以及線束連接，然后對(duì)臺(tái)架進(jìn)行調(diào)試以及信號(hào)激勵(lì)測(cè)試，確保各個(gè)信號(hào)準(zhǔn)確有效性，最后進(jìn)行系統(tǒng)臺(tái)架系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

2.3 測(cè)試矩陣規(guī)范設(shè)計(jì)

測(cè)試矩陣規(guī)范是進(jìn)行測(cè)試用例設(shè)計(jì)的依據(jù)，包含整個(gè)測(cè)試內(nèi)容的系統(tǒng)功能劃分、測(cè)試項(xiàng)和測(cè)試用例條目的概述、需求映射關(guān)系、測(cè)試執(zhí)行情況的跟蹤等；測(cè)試矩陣中根據(jù)測(cè)試方案及控制器功能特征、危險(xiǎn)等級(jí)、用戶體驗(yàn)、供應(yīng)商能力、法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)等制定各個(gè)功能項(xiàng)的安全等級(jí)及測(cè)試深度。

2.4 測(cè)試用例設(shè)計(jì)

測(cè)試用例設(shè)計(jì)是測(cè)試實(shí)施的依據(jù)，根據(jù)測(cè)試方案和測(cè)試矩陣開發(fā)具體的測(cè)試指導(dǎo)文件，每條測(cè)試用例包括用例ID、用例名稱、初始條件、測(cè)試步驟、期望結(jié)果和測(cè)試結(jié)果。每一用例名稱代表一個(gè)測(cè)試點(diǎn)并且擁有惟一ID。通過使用測(cè)試ID，有利于測(cè)試活動(dòng)的可追溯性，便于測(cè)試管理。

2.5 自動(dòng)化測(cè)試腳本開發(fā)

根據(jù)測(cè)試需求和控制器功能規(guī)范，基于自動(dòng)化測(cè)試軟件環(huán)境，按照測(cè)試要求組織測(cè)試序列，開發(fā)測(cè)試腳本，主要針對(duì)一些流程性或?qū)崟r(shí)性測(cè)試方面的測(cè)試用例。自動(dòng)化測(cè)試開發(fā)采用離線測(cè)試和在線測(cè)試相結(jié)合的方法，提高測(cè)試工作效率。

2.6 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)測(cè)試

2.6.1 CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)測(cè)試

CAN網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試主要是根據(jù)特定的整車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D （或dbc文件），為待測(cè)電控單元建立網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行殘余總線仿真，通過專用CAN配置工具RTICANMM來實(shí)現(xiàn)?；贖IL實(shí)時(shí)測(cè)試平臺(tái)，可以進(jìn)行以下測(cè)試:①報(bào)文ID；②報(bào)文長(zhǎng)度；③報(bào)文傳輸率；④支持ECU本身節(jié)點(diǎn)BUS OFF；⑤CHK確認(rèn) （報(bào)文中包含CHK信息）；⑥計(jì)數(shù)器確認(rèn) （報(bào)文中包含計(jì)數(shù)器信息）；⑦總線負(fù)載率確認(rèn) （Bus navigator中可觀測(cè)總線負(fù)載率）。

為了對(duì)整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行完整的測(cè)試和仿真，需要將網(wǎng)絡(luò)測(cè)試設(shè)備與硬件在環(huán)測(cè)試設(shè)備一起協(xié)同工作，如Vector公司的CANStress或CANoe等。

2.6.2 LIN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)仿真測(cè)試

LIN網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試主要根據(jù)LIN網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)庫（ldf文件），為待測(cè)電控單元建立網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行LIN總線節(jié)點(diǎn)的仿真測(cè)試，通過專用的LIN配置工具RTILINMM來實(shí)現(xiàn)。

2.7 系統(tǒng)功能測(cè)試

要能夠完整地驗(yàn)證系統(tǒng)的功能策略，需要利用硬件在環(huán)系統(tǒng)使控制器在一個(gè)可控的虛擬環(huán)境下進(jìn)行各種功能性及分布式功能測(cè)試，以確定目前的控制策略功能可以完全滿足用戶的需求。

具體的功能測(cè)試需要供應(yīng)商提供相關(guān)的功能規(guī)范及控制策略。依據(jù)功能控制策略，編寫測(cè)試用例，在Controldesk或AutomationDesk環(huán)境下實(shí)現(xiàn)控制器的系統(tǒng)功能測(cè)試。

2.8 故障注入及診斷測(cè)試

系統(tǒng)的診斷功能測(cè)試，主要分為以下2個(gè)層次。

1）電器硬件故障診斷測(cè)試。硬件故障又分為傳感器故障診斷和執(zhí)行器故障診斷。通過故障注入模塊可產(chǎn)生如下的電氣錯(cuò)誤類型:開路、對(duì)電源短路 （KL30）、對(duì)點(diǎn)火起動(dòng)電源短路 （KL15）、 搭鐵短路 （KL31）、信號(hào)線短路、信號(hào)不良、信號(hào)線互相短路。

2）系統(tǒng)功能故障診斷測(cè)試。系統(tǒng)的功能性故障診斷測(cè)試，需要獲取控制器的診斷策略，通常這些是供應(yīng)商或主機(jī)廠的技術(shù)核心，需要雙方協(xié)商一起來實(shí)現(xiàn)這部分的診斷測(cè)試。

2.9 系統(tǒng)測(cè)試及自動(dòng)化

系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試是在HIL系統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)試的基礎(chǔ)上，基于AutomationDesk環(huán)境，開發(fā)測(cè)試序列，并結(jié)合相關(guān)診斷工具、標(biāo)定工具，對(duì)系統(tǒng)功能、診斷策略、網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試完成形成測(cè)試報(bào)告。

3 結(jié)束語

硬件在環(huán)測(cè)試具有傳統(tǒng)實(shí)車測(cè)試中不可比擬的優(yōu)點(diǎn)［4］，從安全性、可行性和合理的成本上考慮，硬件在環(huán)仿真測(cè)試已經(jīng)成為汽車廠開發(fā)流程中非常重要的一環(huán)，不僅減少了實(shí)車路試的次數(shù)，縮短開發(fā)時(shí)間和降低成本，同時(shí)還提高電控ECU的軟件品質(zhì)， 降低汽車廠的風(fēng)險(xiǎn)［5］。

［1］雷葉紅，張記華，張春明.基于dSPACE_MATLAB_Simulink平臺(tái)的實(shí)時(shí)仿真技術(shù)研究［J］.系統(tǒng)仿真技術(shù)，2005 （3）:13-17.

［2］Susanne Kohl， Dirk Jegminat.How to Do Hardware-in-the-Loop Simulation Right［J］.SAE Paper.2005 （1）:1657.

［3］李幼德，劉巍，李靜，等.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)， 2007 （4）:3-6.

［4］胡朝峰.汽車電子電器硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究［J］.汽車電器，2010（6）:50-52.

［5］范瑩.基于dSPACE的列控車載控制器測(cè)試方法的研究（碩士學(xué)位論文）［D］.北京:北京交通大學(xué)，2012.