王敏

【摘 要】車載電控單元的測(cè)試是保證其質(zhì)量及整車質(zhì)量的重要手段，而傳統(tǒng)意義上理解的測(cè)試過(guò)于片面，本文從開(kāi)發(fā)流程的角度，闡述了不同開(kāi)發(fā)階段涉及的所有測(cè)試活動(dòng)。了解各項(xiàng)測(cè)試活動(dòng)的意義、內(nèi)容及方法，對(duì)于合理制定測(cè)試方案和計(jì)劃、有效執(zhí)行測(cè)試意義重大。

【關(guān)鍵詞】車載電控單元；開(kāi)發(fā)流程；測(cè)試活動(dòng)

【Abstract】Test of Electronic Control Unit is an important means to ensure its quality and vehicle quality，but the traditionally ECU test is too one-sided.This paper describes all the testing activities involved in various stages of development according to the development process.It is very meaningful to understand the significance，content and methods of testing activities for developing a reasonable test program and executing the test effectively.

【Key words】ECU；Development Process；Testing Activities

0 引言

隨著汽車電子控制單元（Electronic Control Unit，以下簡(jiǎn)稱ECU）的發(fā)展，ECU的質(zhì)量對(duì)整車質(zhì)量的影響越來(lái)越大，ECU的測(cè)試作為其開(kāi)發(fā)過(guò)程中必不可少的一部分，對(duì)保證其質(zhì)量是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)意義上理解的ECU測(cè)試可能僅僅是對(duì)應(yīng)用功能的測(cè)試，但實(shí)際上，ECU的開(kāi)發(fā)過(guò)程中包含了各種不同側(cè)重點(diǎn)的測(cè)試活動(dòng)，正是這些測(cè)試活動(dòng)組合在一起才能真正有效保證其質(zhì)量。本文以實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，闡述了各項(xiàng)測(cè)試活動(dòng)的測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試意義及測(cè)試實(shí)施要點(diǎn)，對(duì)入行不久的ECU開(kāi)發(fā)測(cè)試工程師或其相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)布工程師均具有一定的借鑒意義。

1 測(cè)試流程

ECU的測(cè)試流程與開(kāi)發(fā)流程是息息相關(guān)的，不同的開(kāi)發(fā)階段，測(cè)試活動(dòng)有所偏重，具體如圖1所示。需要說(shuō)明的是，軟件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)階段即ECU基本功能實(shí)現(xiàn)，協(xié)議層較為穩(wěn)定；軟件開(kāi)發(fā)完備階段即ECU全部功能實(shí)現(xiàn)，且基本功能已通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證。同一階段的測(cè)試活動(dòng)一般沒(méi)有嚴(yán)格的先后順序，可以同時(shí)進(jìn)行。

2 測(cè)試活動(dòng)詳述

2.1 代碼測(cè)試

代碼測(cè)試作為最初級(jí)的測(cè)試活動(dòng)，旨在保證代碼質(zhì)量，其包括三個(gè)環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可在專業(yè)的測(cè)試工具下搭建測(cè)試環(huán)境進(jìn)行測(cè)試活動(dòng)。

一是代碼審查，可使用DAC工具，通過(guò)創(chuàng)建項(xiàng)目、配置項(xiàng)目、選擇規(guī)則/度量標(biāo)準(zhǔn)、執(zhí)行檢查等操作生成測(cè)試結(jié)果，然后對(duì)生成的結(jié)果進(jìn)行分析整理，形成測(cè)試報(bào)告。其主要作用是參考MISRA-C等規(guī)則檢查代碼的編程規(guī)范。

二是靜態(tài)分析，可使用Goanna工具，在安裝了Goanna的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建項(xiàng)目，運(yùn)行Goanna生成測(cè)試結(jié)果，然后對(duì)生成的結(jié)果進(jìn)行分析整理，形成測(cè)試報(bào)告。其主要作用是檢測(cè)代碼的運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，如數(shù)組/指針越界、死循環(huán)、死代碼等。

三是動(dòng)態(tài)單元測(cè)試，測(cè)試之前需要根據(jù)需求分析文檔、軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔等設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試用例，然后可使用Tessy工具，創(chuàng)建測(cè)試項(xiàng)目、指定測(cè)試環(huán)境和添加源文件、編輯測(cè)試接口、輸入測(cè)試用例、執(zhí)行測(cè)試生成測(cè)試結(jié)果，然后對(duì)生成的結(jié)果進(jìn)行分析整理，形成測(cè)試報(bào)告。其主要作用是通過(guò)實(shí)際運(yùn)行被測(cè)程序，檢查運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期結(jié)果的差異，并分析運(yùn)行效率和健壯性等性能。

雖然專業(yè)的測(cè)試工具有其不可替代的優(yōu)勢(shì)，特別是Tessy這種專門用于嵌入式軟件動(dòng)態(tài)測(cè)試的工具，但考慮到開(kāi)發(fā)成本問(wèn)題，代碼測(cè)試也可以通過(guò)手動(dòng)代碼審查及在原有開(kāi)發(fā)環(huán)境中編寫測(cè)試腳本進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試來(lái)代替。當(dāng)然，這種測(cè)試方式對(duì)代碼測(cè)試人員的專業(yè)素質(zhì)有著更高的要求。

2.2 總線協(xié)議測(cè)試

總線協(xié)議測(cè)試包括總線性能測(cè)試和診斷協(xié)議測(cè)試兩個(gè)部分?？偩€和診斷是大多數(shù)ECU必不可少的功能，具備較強(qiáng)的的通用性。

總線性能測(cè)試主要以總線所遵循的標(biāo)準(zhǔn)（如CAN總線基于ISO 11898）、及被測(cè)ECU的通訊矩陣等為依據(jù)制定測(cè)試規(guī)范，測(cè)試內(nèi)容[1]包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、交互層、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤處理等，其一般測(cè)試環(huán)境配置如圖2所示，其中總線監(jiān)測(cè)/模擬系統(tǒng)如Vector的CANoe，總線干擾儀如CANstress，總線示波器如CANscope等。由于Vector的工具彼此適配良好且具備強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)功能，我們可以通過(guò)編寫測(cè)試腳本實(shí)現(xiàn)總線性能的自動(dòng)化測(cè)試。

診斷協(xié)議測(cè)試主要以總線所遵循的診斷標(biāo)準(zhǔn)（如CAN總線基于ISO 14229/ISO 15765）、及被測(cè)ECU的診斷參數(shù)列表為依據(jù)制定測(cè)試規(guī)范，測(cè)試內(nèi)容包括被測(cè)ECU的診斷參數(shù)列表上定義的所有診斷服務(wù)。該測(cè)試也可利用特定的測(cè)試工具進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試，如利用Vector的CANdela生成診斷數(shù)據(jù)庫(kù)文件，利用CANdiva進(jìn)行診斷規(guī)范的自動(dòng)化測(cè)試等。

2.3 系統(tǒng)功能測(cè)試

系統(tǒng)功能測(cè)試是最基本的測(cè)試活動(dòng)，其著眼于ECU的應(yīng)用功能，一般可分為臺(tái)架測(cè)試和實(shí)車測(cè)試兩個(gè)部分。無(wú)論是臺(tái)架測(cè)試還是實(shí)車測(cè)試，都需要根據(jù)功能需求規(guī)范等需求文檔進(jìn)行需求分析并編寫測(cè)試用例，臺(tái)架測(cè)試應(yīng)盡可能多的覆蓋所有測(cè)試用例，而實(shí)車測(cè)試一般難以覆蓋所有的測(cè)試用例，如故障情況、極限條件情況、整車供電變化情況等。除此之外，ECU的開(kāi)發(fā)一般與整車開(kāi)發(fā)同步，而開(kāi)發(fā)階段的實(shí)車測(cè)試資源有限，這也是實(shí)車測(cè)試的局限。

正因?yàn)閷?shí)車測(cè)試的局限性，為避免測(cè)試疏漏，臺(tái)架測(cè)試環(huán)境應(yīng)盡量模擬實(shí)車環(huán)境。傳統(tǒng)臺(tái)架測(cè)試環(huán)境一般包括電源、被測(cè)ECU、實(shí)際/模擬的I/O口、總線監(jiān)測(cè)/模擬工具及其他測(cè)試測(cè)量工具等，這對(duì)于ECU開(kāi)發(fā)初期的功能測(cè)試是必不可少的，它便于分析問(wèn)題原因，便于優(yōu)化測(cè)試用例及測(cè)試方法。但當(dāng)ECU的開(kāi)發(fā)趨于穩(wěn)定，開(kāi)發(fā)周期越來(lái)越短，基于傳統(tǒng)臺(tái)架測(cè)試環(huán)境的功能測(cè)試就顯得有些笨拙，我們需要更加智能便捷的自動(dòng)化測(cè)試。典型的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)如HIL等[2]，它將傳統(tǒng)臺(tái)架測(cè)試所需的各個(gè)部分集成在一起，并帶有測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境，通過(guò)編寫測(cè)試腳本，可以實(shí)現(xiàn)大多數(shù)測(cè)試用例（通常是已經(jīng)過(guò)臺(tái)架測(cè)試優(yōu)化的）的自動(dòng)化測(cè)試。圖3展示了一個(gè)HIL系統(tǒng)的測(cè)試機(jī)柜及其開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫的測(cè)試界面。除了專業(yè)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，我們也可以利用常用總線工具（如CANoe、Vehicle Spy）的開(kāi)發(fā)功能，甚至結(jié)合方便調(diào)用各類硬件接口的開(kāi)發(fā)環(huán)境（如LabVIEW）實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化測(cè)試，如此既提升了測(cè)試效率也兼顧了測(cè)試成本。

然而，無(wú)論臺(tái)架測(cè)試環(huán)境多么仿真實(shí)車環(huán)境，實(shí)車測(cè)試仍是必不可少的。實(shí)際的測(cè)試活動(dòng)中，實(shí)車測(cè)試往往能發(fā)現(xiàn)許多令人難以想像的問(wèn)題甚至是設(shè)計(jì)缺限。對(duì)于一般的汽車電子零部件供應(yīng)商，實(shí)車測(cè)試常常到主機(jī)廠DRE驗(yàn)收測(cè)試才進(jìn)行，但對(duì)于主機(jī)廠自主開(kāi)發(fā)的ECU，實(shí)車測(cè)試的進(jìn)行就相對(duì)要便利得多。

2.4 性能參數(shù)測(cè)試

各ECU的性能參數(shù)千差萬(wàn)別，如音視頻導(dǎo)航系統(tǒng)的音頻、視頻、GPS相關(guān)性能指標(biāo)，BCM/PEPS系統(tǒng)的射頻、低頻通信指標(biāo)，也有如同最大工作電流、休眠電流等通用的性能參數(shù)。性能參數(shù)是否達(dá)標(biāo)既依賴于ECU開(kāi)發(fā)初期的硬件選型，也依賴于軟件實(shí)現(xiàn)。因此，我們不能僅僅依靠硬件供應(yīng)商提供的性能參數(shù)報(bào)告，而需要在軟件集成達(dá)到一定成熟度時(shí)，進(jìn)行整體的性能參數(shù)測(cè)試。當(dāng)然，很多性能參數(shù)的測(cè)試對(duì)測(cè)試環(huán)境及測(cè)式設(shè)備要求較高，ECU的開(kāi)發(fā)商可以根據(jù)自身的測(cè)試資源選擇自己進(jìn)行測(cè)試或到專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室完成測(cè)試。

2.5 可靠性測(cè)試

可靠性測(cè)試是一個(gè)比較寬泛的概念，這里主要指軟件的可靠性測(cè)試，對(duì)于硬件的可靠性測(cè)試，則主要在環(huán)境試驗(yàn)中體現(xiàn)，下一節(jié)將會(huì)具體闡述。

軟件可靠性測(cè)試有壓力測(cè)試、交互測(cè)試、破壞測(cè)試、隨機(jī)測(cè)試等測(cè)試方式。壓力測(cè)試通常以最基本的功能為基礎(chǔ)，通過(guò)制造極端條件（如總線負(fù)載率達(dá)100%）或大量重復(fù)操作（如反復(fù)點(diǎn)火）等來(lái)驗(yàn)證ECU在壓力狀態(tài)下功能是否正常。交互測(cè)試可分為內(nèi)部交互與外部交互，內(nèi)部交互主要考慮ECU各功能模塊之間的影響，外部交互則考慮被測(cè)ECU與車上其他ECU之間的影響。破壞測(cè)試即故意制造錯(cuò)誤條件，以驗(yàn)證ECU在錯(cuò)誤狀態(tài)下的保護(hù)機(jī)制，并且能否從錯(cuò)誤中恢復(fù)。隨機(jī)測(cè)試，顧名思義就是進(jìn)行隨機(jī)操作，在沒(méi)有被預(yù)先設(shè)定的測(cè)試規(guī)范所框住的情況下，隨機(jī)測(cè)試常常會(huì)有意想不到的收獲。

事實(shí)上，可靠性測(cè)試可以認(rèn)為是系統(tǒng)功能測(cè)試的有效補(bǔ)充，很多ECU的開(kāi)發(fā)甚至不會(huì)嚴(yán)格區(qū)分這兩者，只是在測(cè)試的不同階段，執(zhí)行上會(huì)有所偏重。在ECU開(kāi)發(fā)初期，一般主要進(jìn)行基本的系統(tǒng)功能測(cè)試，當(dāng)系統(tǒng)功能趨于穩(wěn)定的時(shí)候，會(huì)日漸加重可靠性測(cè)試的執(zhí)行度。可靠性測(cè)試的執(zhí)行過(guò)程中，壓力測(cè)試、交互測(cè)試、破壞測(cè)試可通過(guò)自動(dòng)化測(cè)試達(dá)到較高的執(zhí)行效率和執(zhí)行覆蓋度，隨機(jī)測(cè)試則一般通過(guò)手動(dòng)測(cè)試進(jìn)行。

2.6 環(huán)境試驗(yàn)及電磁兼容試驗(yàn)

環(huán)境試驗(yàn)[3]即考察ECU在不斷經(jīng)受自身及外界氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境影響的情況下，是否仍能在一定壽命時(shí)間內(nèi)保持正常工作。它可以被認(rèn)為是一種基于硬件性能的可靠性測(cè)試。環(huán)境試驗(yàn)的具體項(xiàng)目包括電氣試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)、溫度試驗(yàn)、濕度試驗(yàn)、鹽霧腐蝕試驗(yàn)、耐工業(yè)試劑試驗(yàn)、外殼防護(hù)試驗(yàn)、可靠性耐久試驗(yàn)等，不同的ECU所需試驗(yàn)的項(xiàng)目及試驗(yàn)要求都不盡相同。按開(kāi)發(fā)階段劃分，環(huán)境試驗(yàn)可分為設(shè)計(jì)驗(yàn)證（Design Validation，DV）和產(chǎn)品驗(yàn)證（Product Validation，PV）兩個(gè)部分。設(shè)計(jì)驗(yàn)證需要進(jìn)行所有項(xiàng)目的試驗(yàn)，試驗(yàn)樣品所用的材料、尺寸等必須符合量產(chǎn)狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果將作為設(shè)計(jì)凍結(jié)的依據(jù)，使ECU進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段；而產(chǎn)品驗(yàn)證可以只選取部分在設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)期間出現(xiàn)失效或者認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)較高或者生產(chǎn)工藝對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響的試驗(yàn)項(xiàng)目，但試驗(yàn)樣品必須是從正式生產(chǎn)線制造出來(lái)的，試驗(yàn)結(jié)果將決定ECU能否正式進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

很多時(shí)候我們需要在特定的環(huán)境試驗(yàn)箱中進(jìn)行耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控首先應(yīng)考慮ECU所有的硬件模塊及I/O口，以防設(shè)計(jì)失效未檢測(cè)到；其次試驗(yàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)特別是異常結(jié)果應(yīng)注意保存，它是分析失效原因，改進(jìn)硬件設(shè)計(jì)的的重要依據(jù)；再者，應(yīng)盡量使監(jiān)控流程易于執(zhí)行，滿足長(zhǎng)時(shí)間周期性監(jiān)控的要求。在實(shí)際的ECU開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們應(yīng)該根據(jù)環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 16750、IEC 60068等），結(jié)合ECU自身特性，確定試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)計(jì)劃，并制定及實(shí)施試驗(yàn)監(jiān)控方案。從功能性和經(jīng)濟(jì)性考慮，以LabVIEW等作為上位機(jī)，結(jié)合低成本的總線功具及適應(yīng)ECU I/O口的負(fù)載板的環(huán)境試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)有較高的實(shí)用性。圖4列舉了一個(gè)基于LabVIEW開(kāi)發(fā)的環(huán)境試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)實(shí)例。

電磁兼容試驗(yàn)即測(cè)試ECU在其電磁環(huán)境中能否正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物造成不能承受的電磁騷擾，它包括電磁騷擾發(fā)射試驗(yàn)和抗擾度試驗(yàn)兩個(gè)部分。同性能參數(shù)測(cè)試類似，電磁兼容試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地及試驗(yàn)設(shè)備有較高要求，一般ECU供應(yīng)商會(huì)選擇委托專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。另外，環(huán)境試驗(yàn)和電磁兼容試驗(yàn)均以測(cè)試ECU硬件為主要目的，對(duì)軟件完備性沒(méi)有嚴(yán)苛要求，通常在軟件開(kāi)發(fā)初期，軟件實(shí)現(xiàn)基本功能，能滿足試驗(yàn)監(jiān)控需求即可。

2.7 生產(chǎn)下線檢測(cè)

ECU從工廠生產(chǎn)線下線后，需要經(jīng)過(guò)測(cè)試以驗(yàn)證其生產(chǎn)合格，同時(shí)還需要將ECU的生產(chǎn)信息，如序列號(hào)、生產(chǎn)日期等寫入ECU內(nèi)部。生產(chǎn)下線檢測(cè)方式[4]與環(huán)境試驗(yàn)監(jiān)控方式類似，這里不再贅述。需要補(bǔ)充的是，生產(chǎn)下線檢測(cè)所用軟件一般是較為完備的正式軟件（具備診斷功能），除了應(yīng)用功能檢測(cè)外，還可以利用其故障診斷功能進(jìn)行自查；其次，由于生產(chǎn)下線檢測(cè)一般是由沒(méi)有專業(yè)背景的工人來(lái)操作，檢測(cè)系統(tǒng)需要更加簡(jiǎn)明易行；再者，每個(gè)ECU都應(yīng)保留其檢測(cè)報(bào)告，便于后續(xù)問(wèn)題追溯。

2.8 整車裝車測(cè)試

整車裝車測(cè)試是指ECU到達(dá)主機(jī)廠并裝配到實(shí)車上后的功能測(cè)試，該項(xiàng)測(cè)試一般會(huì)以點(diǎn)檢的形式，選取少數(shù)基本功能進(jìn)行驗(yàn)證。除此以外，還需要通過(guò)診斷儀對(duì)ECU的零件號(hào)、軟/硬件版本號(hào)、故障碼等信息進(jìn)行確認(rèn)，有的還需記錄ECU與實(shí)車的綁定關(guān)系、寫入實(shí)車配置信息等，這些也可以算作裝車測(cè)試的一部分。整車裝車測(cè)試應(yīng)充分適應(yīng)主機(jī)廠總裝生產(chǎn)線的環(huán)境和裝配流程。

3 總結(jié)

本文幾乎涵蓋了ECU開(kāi)發(fā)過(guò)程中所涉及的所有測(cè)試活動(dòng)，各項(xiàng)測(cè)試活動(dòng)的目的雖然不盡相同，但測(cè)試方法卻可互相借鑒。我們?nèi)裟苤湟饬x、明其方法，在開(kāi)發(fā)立項(xiàng)之初，充分評(píng)估各項(xiàng)測(cè)試活動(dòng)所需資源，制定合理的測(cè)試方案及測(cè)試計(jì)劃并有效實(shí)施，對(duì)于保證ECU質(zhì)量及整車質(zhì)量必是大有所益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]QJGAC1523.053-2016，低速CAN ECU總線測(cè)試方法[S].廣州：廣州汽車集團(tuán)股份有限公司，2016.

[2]黃勝龍.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的自動(dòng)化HIL仿真測(cè)試平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].吉林：吉林大學(xué)，2013.

[3]QJGAC 1523.028-2014，電子電氣零部件環(huán)境適應(yīng)性及可靠性通用試驗(yàn)規(guī)范[S].廣州：廣州汽車集團(tuán)股份有限公司，2014.

[4]翟琰，魏振春，韓江洪，衛(wèi)星.基于腳本語(yǔ)言建模的汽車ECU測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程，2012，38（15）：260-263.

[責(zé)任編輯：湯靜]