詹德凱，李順智，張超

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141)

dSPACE半實(shí)物仿真技術(shù)在汽車電子集成測試中的應(yīng)用

詹德凱，李順智，張超

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141)

隨著科技的進(jìn)步和生活質(zhì)量的提高，汽車電氣系統(tǒng)復(fù)雜程度增加；汽車行業(yè)競爭加劇使得研發(fā)周期縮短，電氣系統(tǒng)測試變得至關(guān)重要。文中以中華某款車型測試為例，闡明dSPACE半實(shí)物仿真技術(shù)在集成測試中的實(shí)現(xiàn)方法，通過實(shí)踐證明其大幅縮短測試周期并增加了系統(tǒng)的可靠性。

dSPACE；硬件在環(huán)；自動化測試；集成測試

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-77-03

引言

隨著科技的進(jìn)步和生活質(zhì)量的提高，汽車已經(jīng)進(jìn)入“電”時代，以舒適，安全，環(huán)保，節(jié)能為主題的車時代使得其承載著大量的電子器件，從而增加了其電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性，驗(yàn)證該系統(tǒng)的可靠性越來越多的得到了行業(yè)內(nèi)的重視。汽車行業(yè)激烈競爭使得各個整車廠紛紛縮短研發(fā)周期加緊新車上市的步伐，如何能在最短的時間內(nèi)驗(yàn)證新車電氣系統(tǒng)設(shè)計的合理性和可靠性已然成為當(dāng)今整車廠日益關(guān)注的話題。

目前解決上述問題行之有效的方法就是盡可能的實(shí)現(xiàn)測試自動化并將部分實(shí)車測試工作轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，本文以中華某款車型測試為背景，詳細(xì)闡述dSPACE半實(shí)物仿真工具在如何在集成測試中得到應(yīng)用。

1、dSPACE系統(tǒng)介紹

dSPACE半實(shí)物實(shí)時仿真系統(tǒng)是德國dSPACE公司研制開發(fā)的以MATLAB/Simulink為依托的軟硬件半實(shí)物仿真平臺，其具有實(shí)時性強(qiáng)，擴(kuò)充性好，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。硬件方面配備具有高速運(yùn)算能力的處理器，并具有豐富的I/O資源供用戶選擇，軟件方面具備功能強(qiáng)大，界面友好的特點(diǎn)，涵蓋目標(biāo)代碼自動生成下載，實(shí)驗(yàn)調(diào)試及自動測試序列編寫等全套工具，是目前是RCP（快速控制原型）和HIL（硬件在環(huán)）的最為優(yōu)秀的實(shí)時平臺[1]。

dSPACE在整個控制器過程中擁有其獨(dú)特的“V”字開發(fā)流程[2]，如圖1所示：

快速控制原型技術(shù)（RCP）應(yīng)用于設(shè)計階段，主要用于控制器的開發(fā)，由于在上位機(jī)上可以反復(fù)修改設(shè)計模型，并進(jìn)行離線仿真及實(shí)時仿真，使得在設(shè)計初期避免設(shè)計上明顯的缺陷，進(jìn)而降低設(shè)計修改的費(fèi)用?？焖倏刂圃偷膶?shí)現(xiàn)必須依托于適當(dāng)?shù)哪Ｐ徒ⅲx線仿真，實(shí)時開發(fā)測試工具。

硬件在環(huán)技術(shù)(HIL)[3][4]是一種行之有效的測試技術(shù)，近年來被廣泛應(yīng)用在汽車電子電器零部件測試及集成測試之中。該測試技術(shù)能夠?qū)为?dú)零部件及集成系統(tǒng)進(jìn)行全面，細(xì)致的測試。在真實(shí)測環(huán)境中，極限工況測試和失效測試較為危險且所需要的費(fèi)用較為昂貴，此時HIL測試技術(shù)便凸顯其優(yōu)勢，各種工況及條件都可以進(jìn)行模擬，大大降低了測試的成本。在汽車電氣系統(tǒng)開發(fā)的各個階段都需要對系統(tǒng)的各個功能需要進(jìn)行重復(fù)測試，而HIL的自動化測試序列可以大幅縮短測試周期，其集成的故障注入功能免去繁瑣的手工操作，節(jié)約時間和成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在縮短開發(fā)周期的前提下，保證系統(tǒng)設(shè)計的可靠性。

2、硬件平臺構(gòu)建

在本項(xiàng)目的HIL測試中，被測對象為各個真實(shí)的ECU，機(jī)柜的作用相當(dāng)于可被上位機(jī)控制的I/O接口，I/O接口及負(fù)載模型在Matlab/Simulink中得以實(shí)現(xiàn)，I/O的實(shí)際功能則由一系列板卡如：主處理器板卡，I/O通訊板卡，總線板卡，故障注入板卡，信號調(diào)理板卡及輔助板卡等來實(shí)現(xiàn)，而I/O資源的需求主要分為八類，即：模擬電壓輸入，模擬電壓輸出，數(shù)頻電壓通道，數(shù)字電壓輸入，數(shù)字電壓輸出，PWM頻率電壓輸入，PWM頻率電壓輸出以及阻值輸出通道。

負(fù)載和執(zhí)行器采用真實(shí)部件，放置在定制的測試臺架上，可以在測試的過程中對真實(shí)的負(fù)載和執(zhí)行器進(jìn)行驗(yàn)證。

3、軟件平臺實(shí)現(xiàn)

HIL測試的軟件平臺由三部分組成，它們分別是Matlab/ Simulink，ControlDesk Next Generation和Automation Desk。應(yīng)用Simulink搭建車身系統(tǒng)的模型，應(yīng)用ControlDesk實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與硬件的實(shí)時通訊，應(yīng)用Automation Desk編寫自動測試序列，實(shí)現(xiàn)自動化測試。

3.1 Simulink模型搭建

車身部分的ECU負(fù)責(zé)整車的舒適及娛樂方面的功能，涉及到11個ECU協(xié)同工作，因此該模型較為龐大，其中body1fasttask中存放著負(fù)載模型，body1io中存放著5個ECU的I/O模型，body2io中存放著6個ECU的I/O模型，而body1bus中存放著總線通訊方面的模型。模型在搭建的過程中，根據(jù)車身部分的實(shí)際架構(gòu)進(jìn)行搭建，考慮各個ECU的每個引腳的實(shí)際要求進(jìn)行配置，使得模型與實(shí)際情況相符合，以增加測試的準(zhǔn)確性。

圖2為在項(xiàng)目中車身部分的Simulink模型：

3.2 ControlDesk Next Generation可視化界面創(chuàng)建

ControlDesk Next Generation是dSPACE公司出品的一款上位機(jī)軟件，它的作用是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與機(jī)柜之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時通訊，主要包含以下功能：

1）綜合管理實(shí)驗(yàn)過程；

2）圖形化管理實(shí)時硬件；

3）豐富的可視化庫，提供大量的可視化控件；

4）可視化的變量和參數(shù)管理；

5）實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的自動化。

圖3為在該項(xiàng)目中運(yùn)用ControlDesk Next Generation創(chuàng)建的中華某款車型車身控制器的測試控制界面，在上位機(jī)上可以輕松實(shí)現(xiàn)對ECU的信號發(fā)送及對執(zhí)行器的控制。

3.3 運(yùn)用AutomationDesk實(shí)現(xiàn)自動化測試

AutomationDesk是dSPACE公司出品的一款上位機(jī)軟件，是一款能夠創(chuàng)建和管理自動操作任務(wù)的通用工具，實(shí)現(xiàn)自動化測試，使得測試過程更有效并能夠提高測試的效率。AutomationDesk可以管理所有的測試所需數(shù)據(jù)，并按照指定的控制流程和測試參數(shù)執(zhí)行測試，記錄測試結(jié)果，并生成測試報告。Automation以Python語言為依托通過與ControlDesk Next Generation進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交互來實(shí)現(xiàn)其對ECU及執(zhí)行器的間接操控。

AutomationDesk在測試中的主要作用是可以根據(jù)功能規(guī)范或測試用例編寫測試序列，測試序列的形態(tài)類似于模塊化的變成語言，測試序列的編寫可根據(jù)測試臺架的手工測試流程進(jìn)行。合理的使用AutomationDesk的基礎(chǔ)庫構(gòu)建具體的操作模塊進(jìn)而搭建不同項(xiàng)目所需要的測試用例庫。圖4為運(yùn)用AutomationDesk編寫的測試序列，測試內(nèi)容為組合儀表舒適設(shè)置的一條測試用例。其測試的順序按照手工測試順序進(jìn)行，該序列能夠自動運(yùn)行。

4、結(jié)論

本文以中華某款車型的集成測試為背景，介紹了dSPACE工具在汽車電子集成測試中的成功運(yùn)用，文章以硬件和軟件兩大主線展開，闡明了dSPACE半實(shí)物仿真技術(shù)在汽車電子集成測試中如何實(shí)現(xiàn)。

dSPACE測試系統(tǒng)是一種有效的汽車電子集成測試手段，通過實(shí)踐驗(yàn)證其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 在測試序列搭建完成以后，實(shí)現(xiàn)自動化/半自動化測試，在各階段測試中節(jié)約大量的測試時間，尤其是在各個開發(fā)階段重復(fù)性測試工作中更能凸顯其優(yōu)勢；

2. 在測量較為精確的量時不用借助于其他輔助工具可以獨(dú)立完成，對于時間量可以精確到毫秒級，電流量則可以精確到毫安級別，可以完全滿足測試的要求；

3. 在故障注入方面的測試有著明顯的優(yōu)勢，測試系統(tǒng)中集成了故障注入模塊可以方便的對測試對象注入故障，避免手工故障注入操作造成的時間浪費(fèi)及整車系統(tǒng)的不穩(wěn)；

4. 使得繁瑣而復(fù)雜的操作變得簡單，尤其是在極短時間內(nèi)完成多個操作的測試內(nèi)容，這對于手工測試來說是很難實(shí)現(xiàn)的。

[1] 薛定于. 控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[2] Kendall I R, R P Jones. An investigation into the use of hardwarein-the-loop simulation testing for automotive electronic control systems-A visual formalism for complex systems[J]. Control Engineering Practice (S0967-0661), 1999, 7(11): 1343-1356.

[3] SusanneKghl and Dirk Jegminat. How to Do Hard-ware-in-the-Loop Simulation Right. SAE Paper No 2005-01-1657. Detroit, Michigan.

[4] G Bernhard Heiming, Hardware-in-the-Loop Testing of Net-worked Electronics at Ford. SAE Paper No 2005-01-1658. Detroit, Michigan.

dSPACE Hardware-in-the-loop Simulation Technology Application in Automobile Electronic Integration Test

Zhan Dekai, Li Shunzhi, Zhang Chao
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

With the progress of science and technology and the improvement of life quality, the complexity automobile electrical system increases, the strong business competition of the automobile industry shortens the cycle of research and development, the test of the electrical system is becoming more and more important today. The paper takes a brilliance-auto car testing as an example, clarifying dSPACE implementation method of hardware in the loop simulation technology in the integration test. Through the practice, the method proves it can shorten the test cycle significantly and increase the reliability of the system.

dSPACE; HIL; Test Automation; Integration Test

U467.3

A

1671-7988(2015)06-77-03

詹德凱，就職于華晨汽車工程研究院。