孫名揚(yáng)　趙彬　陳志新　曹珊（中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，長(zhǎng)春 130011）

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AMT控制軟件測(cè)試平臺(tái)開發(fā)

孫名揚(yáng)趙彬陳志新曹珊
（中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，長(zhǎng)春 130011）

【摘要】為提高AMT C程序離線測(cè)試的效率，利用MATLAB S-Function對(duì)C程序進(jìn)行集成，使用Excel進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試用例腳本編制。通過(guò)Simulink平臺(tái)對(duì)嵌入式C程序進(jìn)行模型在環(huán)搭建，在項(xiàng)目開發(fā)前期對(duì)某款A(yù)MT控制軟件進(jìn)行測(cè)試及調(diào)試。所設(shè)計(jì)開發(fā)的測(cè)試平臺(tái)通過(guò)了實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證。在一汽自主開發(fā)的多款A(yù)MT控制軟件測(cè)試中應(yīng)用，形成AMT軟件測(cè)試開發(fā)平臺(tái)，有效提高了離線測(cè)試的效率和準(zhǔn)確度。

主題詞：AMT嵌入式軟件測(cè)試Matlab

AMT是在干式離合器和齒輪變速器基礎(chǔ)上加裝單片機(jī)控制的自動(dòng)變速系統(tǒng)。隨著汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，在AMT控制軟件開發(fā)過(guò)程中，高效快速的開發(fā)方式必不可少。一汽自主開發(fā)的9擋自動(dòng)變速器就要求軟件開發(fā)測(cè)試與機(jī)械執(zhí)行器、變速器同步開發(fā)。開發(fā)人員通常利用C語(yǔ)言進(jìn)行自動(dòng)變速器程序的開發(fā)，但是嵌入式編譯器測(cè)試方法復(fù)雜、無(wú)法與被控對(duì)象同時(shí)進(jìn)行測(cè)試的缺點(diǎn)明顯，因此將C代碼嵌入到Simulink軟件平臺(tái)中進(jìn)行離線測(cè)試，成為一種通用的測(cè)試方法。

1　S-Function使用原理

S-Function可以使用MATLAB?、C、C++、Ada或For?tran語(yǔ)言來(lái)編寫。使用MEX實(shí)用工具，將C、C++、Ada 和Fortran語(yǔ)言的S-Function編譯成MEX-文件，在需要的時(shí)候可與其它MEX-文件一起動(dòng)態(tài)連接到Matlab中。S-Function使用一種特殊的調(diào)用格式與Simulink方程求解器相互作用，其與發(fā)生在求解器和內(nèi)置Simulink塊之間的相互作用非常相似。S-Function的形式是非常通用的，且適用于連續(xù)、離散和混合系統(tǒng)。C程序嵌入Simulink仿真環(huán)境示意如圖1所示。

圖1　C程序嵌入Simulink仿真環(huán)境示意

2　C程序嵌入Simulink搭建方法

定義了S-function模塊的C MEX-file需要在仿真過(guò)程中向Simulink提供模型信息。在仿真過(guò)程中Simu?link、ODE求解器、MEX-file協(xié)作完成指定任務(wù)。其任務(wù)包括定義初始條件和模塊特性，計(jì)算微分、離散狀態(tài)和輸出。Simulink與C MEX-file S-function模塊的交互仍是通過(guò)S-function的回調(diào)方法，每個(gè)回調(diào)方法執(zhí)行一個(gè)預(yù)定義的、實(shí)現(xiàn)仿真所需功能的任務(wù)。C MEX-file可以訪問(wèn)并修改Simulink內(nèi)部用來(lái)存儲(chǔ)S-function信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。更多的回調(diào)方法和對(duì)Simulink內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問(wèn)能力使得C MEX-file S-function可以實(shí)現(xiàn)更豐富的模塊特性。S-Function內(nèi)部函數(shù)回調(diào)流程如圖2所示。

圖2　S-Function內(nèi)部函數(shù)回調(diào)示意

有兩種方式可以將C程序轉(zhuǎn)換到Simulink平臺(tái)中，第1種方法是使用C MEX-file S-function模板文件將C文件轉(zhuǎn)換成Simulink庫(kù)函數(shù)并調(diào)用，第2種方法使用Simulink自帶的S-Function Builder來(lái)編譯C文件生成庫(kù)函數(shù)。對(duì)比兩種轉(zhuǎn)換方式可知，通過(guò)S-Function Builder可以更易將用戶提供的C代碼轉(zhuǎn)換到Simulink平臺(tái)中。

S-Function Builder編譯C文件步驟如下：

a.將C文件添加到S-Function Builder IDE編輯界面中，設(shè)置輸入、輸出接口數(shù)量；

b.添加C程序文件名稱及位置，該處C程序文件可以是封裝好的庫(kù)文件（.lib）、輸出文件（.o）或者是未編譯的C文件（.c），添加頭文件（.h）名稱及位置；

c.編寫S-Function與C文件的接口程序，將S-Function與C程序的輸入、輸出接口進(jìn)行賦值；

d.調(diào)用需要被測(cè)試的函數(shù)，由于C程序文件都已經(jīng)添加到S-Function中，此時(shí)各C文件函數(shù)可以進(jìn)行隨意調(diào)用；

e.在S-Function中選擇Build，對(duì)C文件進(jìn)行S-Function庫(kù)文件轉(zhuǎn)換，如果第1次使用S-Function編譯器，需要在Matlab中輸入“Mex-setup”選擇默認(rèn)編譯工具即可。

S-Function Builder編譯器如圖3所示。

3　C程序嵌入Simulink測(cè)試

在S-Function Builder環(huán)境中單獨(dú)調(diào)用需要被測(cè)試的函數(shù)，設(shè)置被測(cè)函數(shù)的輸入、輸出接口變量，程序編譯后生成以“.mexw32”為后綴的庫(kù)文件，將該庫(kù)文件添加到Simulink的S-Function模塊中。此時(shí)C程序文件已經(jīng)可以在Simulink環(huán)境下運(yùn)行。

圖3　S-Function Builder編譯器

3.1在Simulink環(huán)境下的單元測(cè)試

單元測(cè)試是指對(duì)軟件中的最小可測(cè)試單元進(jìn)行檢查和驗(yàn)證。單元測(cè)試是在軟件開發(fā)過(guò)程中進(jìn)行的最低級(jí)別的測(cè)試活動(dòng)，軟件的獨(dú)立單元將與程序其它部分相隔離的情況下進(jìn)行測(cè)試。

Simulink環(huán)境下的單元測(cè)試，首先要將C程序生成的庫(kù)文件添加到Simulink的S-Function模塊中，并利用Signal builder模塊作為輸入模塊與被測(cè)文件（S-Func?tion模塊）進(jìn)行連接，用Scope模塊連接S-Function模塊的輸出。在S-Function中，每次調(diào)用一個(gè)函數(shù)作為被測(cè)模塊，連接輸入接口的Signal builder作為測(cè)試的驅(qū)動(dòng)模塊。連接輸出的Scope作為測(cè)試的輔助模塊。測(cè)試用例的編輯和設(shè)計(jì)都在驅(qū)動(dòng)模塊中進(jìn)行。單元測(cè)試的步驟為依據(jù)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明書對(duì)軟件功能進(jìn)行分解，編寫軟件測(cè)試說(shuō)明書和測(cè)試用例，按照測(cè)試用例對(duì)最小函數(shù)進(jìn)行功能性的單元測(cè)試，單元測(cè)試環(huán)境搭建方法見圖4。

圖4　Excel嵌入Simulink測(cè)試用例示意

3.2在Simulink環(huán)境下的單元測(cè)試實(shí)例

以換擋策略模塊為例進(jìn)行軟件的單元測(cè)試。在車輛靜止時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并進(jìn)行掛擋操作。為便于進(jìn)行測(cè)試用例的規(guī)范化編寫，在Excel中進(jìn)行測(cè)試輸入值的編輯，然后利用M語(yǔ)言將輸入值導(dǎo)入到Simulink的Signal Builder中，當(dāng)測(cè)試結(jié)束時(shí)將測(cè)試結(jié)果再?gòu)腟imulink中導(dǎo)出到Excel。

測(cè)試用例的輸入值INP_pos_ShiftLever為換擋手柄位置，INP_rpm_EngSpd為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，INP_rpm_IsSpd為輸入軸轉(zhuǎn)速。INP_opt_DrvMainReq為車輛運(yùn)行模式請(qǐng)求。當(dāng)手柄從空擋（INP_pos_ShiftLever=0）換到前進(jìn)擋（INP_pos_ShiftLever=2）時(shí)，輸出結(jié)果為請(qǐng)求換擋擋位為1擋（AST_gear_ReqGear=1），換擋請(qǐng)求模式進(jìn)程（AST_proc_ASTProc）為2，表示前進(jìn)方向。

在該換擋策略模塊測(cè)試中使用了M語(yǔ)言編程技術(shù)，提高了軟件測(cè)試的效率，便于進(jìn)行測(cè)試用例的維護(hù)和修改。

3.3在Simulink環(huán)境下的集成測(cè)試

模型在環(huán)仿真（MIL）是仿真測(cè)試系統(tǒng)在Simulink平臺(tái)上模擬受控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)S-Function的方式與被測(cè)ECU程序進(jìn)行集成，對(duì)被測(cè)的ECU進(jìn)行全方面、系統(tǒng)的測(cè)試。從安全性、可行性和成本上考慮，MIL測(cè)試不僅可以減少實(shí)車路試的次數(shù)、縮短開發(fā)時(shí)間和降低成本，而且可以提高ECU的軟件質(zhì)量、降低軟件風(fēng)險(xiǎn)。本文依靠S-Function集成的方式，將用戶提供的C程序和預(yù)先搭建的被控對(duì)象模型（變速器模型、整車模型、駕駛員模型、道路模型等）進(jìn)行集成。在此基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)變速器控制軟件程序在Simulink上進(jìn)行離線仿真，檢測(cè)用戶編寫的C程序的正確性。測(cè)試圖例見圖5。

圖5　Simulink模型在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成示意

模型在環(huán)測(cè)試在自動(dòng)變速器載貨汽車模型上進(jìn)行，整車平臺(tái)由Simulink環(huán)境搭建，駕駛員模型包括油門踏板、制動(dòng)、手柄、轉(zhuǎn)向盤、儀表組合開關(guān)等組成，整車模型則由發(fā)動(dòng)機(jī)模型、變速器模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等部件組成，道路模型包括對(duì)輪胎的道路阻力、坡度阻力、風(fēng)阻等計(jì)算組成，操作機(jī)構(gòu)包括選換擋控制執(zhí)行器、離合器控制執(zhí)行器等。

MIL模型的測(cè)試方法和單元測(cè)試原理相同。測(cè)試用例的輸入在MDL_IN模塊中，輸入信號(hào)為駕駛員模型中的油門踏板、制動(dòng)、手柄位置、轉(zhuǎn)向盤、組合開關(guān)等，實(shí)際監(jiān)測(cè)的輸出數(shù)據(jù)在MDL_OUT模塊中，輸出信號(hào)為擋位、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。AMT軟件的各種功能如圖6所示。MIL集成測(cè)試可以方便地對(duì)控制軟件的各種功能及性能項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試。

圖6　自動(dòng)變速器軟件功能框圖

系統(tǒng)調(diào)度管理

·系統(tǒng)上電狀態(tài)檢測(cè)

·安全掉電處理

·執(zhí)行器及傳感器檢測(cè)·系統(tǒng)工作模式調(diào)度

換擋規(guī)律

·自動(dòng)換擋模式·手動(dòng)換擋模式·空擋滑行模式

診斷及安全處理·故障診斷

·故障處理

·安全提示

·車輛跛行

離合器控制

·離合器位置控制·自動(dòng)起步控制

·兩腳離合器控制·滑磨過(guò)載保護(hù)

發(fā)動(dòng)機(jī)控制·扭矩控制·轉(zhuǎn)速控制·超速保護(hù)·熄火保護(hù)

變速器控制

·選換擋過(guò)程控制·選換擋位置控制·換擋同步控制

·副箱同步控制

傳感器輸入·輸入軸轉(zhuǎn)速·輸出軸轉(zhuǎn)速·離合器位置·傳感器診斷

執(zhí)行器輸出

·選換擋電機(jī)控制·離合器電磁閥控制·電機(jī)故障診斷

·電磁閥故障診斷

下線檢測(cè)

·整車參數(shù)刷寫

·離合器摩擦點(diǎn)調(diào)整·傳感器及驅(qū)動(dòng)檢測(cè)·故障診斷

3.4在Simulink環(huán)境下的集成測(cè)試實(shí)例

在MIL集成測(cè)試階段對(duì)換擋同步程序進(jìn)行測(cè)試，輸入信號(hào)包括目標(biāo)擋位、換擋命令，輸出監(jiān)測(cè)信號(hào)包括換擋力、換擋位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、輸入軸目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

換擋同步過(guò)程判定如下：

a.輸入軸轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速差小于20 r/min；

b.換擋傳感器位置在同步設(shè)定值范圍內(nèi)；

c.該過(guò)程持續(xù)3個(gè)周期，進(jìn)入換擋鎖止；

d.該過(guò)程的換擋力輸出采用位置式PID。

在對(duì)換擋同步的模型在環(huán)測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸入軸轉(zhuǎn)速在掛擋時(shí)轉(zhuǎn)速差過(guò)大，如圖7所示。

圖7　換擋同步過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題的測(cè)試結(jié)果

輸入軸轉(zhuǎn)速是在受到接合套與齒面斷面的摩擦力后才使輸入軸轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速同步的，對(duì)程序進(jìn)行細(xì)致分析后發(fā)現(xiàn)在同步成功標(biāo)志判定時(shí)，位置判定和轉(zhuǎn)速判定應(yīng)該是“與”的關(guān)系，即程序中“或”（||）應(yīng)改為“與”（&&）。

更改后的曲線如圖8所示?？芍?，在換擋前轉(zhuǎn)速已經(jīng)同步，減少了換擋鎖止時(shí)對(duì)齒輪的沖擊。

圖8　換擋同步過(guò)程更改后的測(cè)試結(jié)果

4　結(jié)束語(yǔ)

利用Simulink平臺(tái)建立C Mex S-Function測(cè)試嵌入式C程序，能夠有效解決嵌入式C程序離線測(cè)試繁瑣的問(wèn)題，不僅提高了軟件開發(fā)效率，同時(shí)也能提高工程人員的工作效率。

利用Simulink平臺(tái)進(jìn)行AMT模型在環(huán)的軟件搭建及離線仿真測(cè)試，解決了控制軟件只能在實(shí)車或試驗(yàn)臺(tái)上才能進(jìn)行測(cè)試的問(wèn)題。

通過(guò)Excel腳本導(dǎo)入的方式進(jìn)行Simulink測(cè)試，能夠解決測(cè)試效率低下的問(wèn)題，提高測(cè)試用例的可讀性和可維護(hù)性。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯晨曦）

修改稿收到日期為2016年1月1日。

中圖分類號(hào)：U463.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3703（2016）07-0040-03

Development of Test Platform for the Control Software of Automated Mechanical Transmission

Sun Mingyang，Zhaobin，Chen Zhixin，Cao Shan
（China FAW Co.，Ltd.R&D Center，Changchun 130011）

【Abstract】To improve the offline test efficiency of AMT C program，we use MATLAB S-Function to incorporate C program into the platform，and use Excel for the establishment of automatic test case script.Model in-the-loop establishment is made for the embedded program C with Simulink platform，and control software of an AMT is tested and debugged at the early stage of project.The designed test platform has been verified in actual project.The test platform has been applied in the control software test of several AMTs independently developed by FAW，and AMT software test development platform is established，which improves offline test efficiency and accuracy effectively.

Key words:AMT，Embedded code test，Matlab