燕冬,王愛春,劉貴濤,劉衛(wèi)東,吳方義,彭晨若,萬麗琴
(江鈴汽車股份有限公司,江西南昌 330001)
基于硬件在環(huán)的EMS自動化測試研究與應(yīng)用
燕冬,王愛春,劉貴濤,劉衛(wèi)東,吳方義,彭晨若,萬麗琴
(江鈴汽車股份有限公司,江西南昌 330001)
介紹一種基于dSPACE平臺的EMS硬件在環(huán)自動化測試系統(tǒng)的解決方案,基于Matlab/Simulink建立了汽油發(fā)動機的本體模型,借助dSPACE的機柜和測試控制軟件搭建EMS的硬件在環(huán)測試平臺,實現(xiàn)了系統(tǒng)的開、閉環(huán)調(diào)試,并以一條測試用例為例,詳細介紹硬件在環(huán)自動化測試流程和測試方法。
硬件在環(huán);發(fā)動機控制模塊;自動化測試
發(fā)動機控制模塊EMS的開發(fā),是整個汽車開發(fā)周期中比較復(fù)雜且重要的一部分。近年來,市場車型的更新?lián)Q代加快,促使各整車企業(yè)加快了對EMS的開發(fā)和測試。硬件在環(huán)(Hardware-In-The-Loop,簡稱HIL)測試作為一種新型的開發(fā)測試手段,其精確、快速、高效和費用低等優(yōu)點,對發(fā)動機控制模塊開發(fā)的提高具有極大的促進作用[1-2]。目前,HIL測試廣泛應(yīng)用于國外EMS的開發(fā)測試。在國內(nèi),只有少數(shù)整車企業(yè)和大學(xué)開展了一些關(guān)于EMS硬件在環(huán)測試平臺搭建的研究[3-5]。本文基于HIL測試在一款在研車型EMS開發(fā)測試中的應(yīng)用,介紹EMS的硬件在環(huán)測試平臺的搭建和測試的建立。
EMS硬件在環(huán)自動化測試系統(tǒng)主要由發(fā)動機模型、機柜以及上位機組成。發(fā)動機本體模型是基于Simulink的ASM模型;機柜主要由DS1006實時處理板卡和部分真實負載等組成;上位機是由dSPACE公司開發(fā)的軟件包組成。
2.1發(fā)動機本體模型
硬件在環(huán)的思路,就是把真實的控制器放在虛擬的被控對象中進行測試。被控對象的模擬精度直接影響到了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以發(fā)動機模型的建立,是整個硬件在環(huán)測試的核心之一。本文所介紹的發(fā)動機模型是基于韋伯燃燒的汽油機缸內(nèi)ASM模型。該模型精度可達到μs級,可計算每次燃燒釋放的轉(zhuǎn)矩。同時可以滿足實時仿真的要求,能保證HIL測試的精確度。圖1為發(fā)動機物理模型示意圖。
圖1 發(fā)動機物理模型示意圖
發(fā)動機模型主要包括進排氣模型、燃油模型以及燃燒模型,發(fā)動機模型主要根據(jù)質(zhì)量守恒、能量守恒以及理想氣體公式來數(shù)學(xué)建模。
1)進排氣模型通過理想氣體公式PV=MRT來建立進排氣的模型。進排氣物理模型示意圖見圖2,計算公式見式(1)。
圖2 進排氣物理模型示意圖
2)燃油模型根據(jù)質(zhì)量守恒定律來建立燃油的模型。燃油系統(tǒng)物理模型示意圖見圖3,計算公式見式(2)。
圖3 燃油系統(tǒng)物理模型示意圖
3)燃燒模型本項目燃燒模型使用的是基于韋伯燃燒的熱學(xué)模型。仿真計算每一次燃燒產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。燃燒室物理模型示意圖見圖4。
圖4 燃燒室物理模型示意圖
理想氣體公式如下
質(zhì)量守恒公式如下
能量守恒公式如下
根據(jù)以上數(shù)學(xué)公式搭建的發(fā)動機Simulink模型如圖5所示。
圖5 發(fā)動機Simulink模型
圖6 EMS HIL測試機柜
2.2EMS測試平臺軟硬件搭建
根據(jù)EMS電路接口圖來配置IO板卡、相關(guān)傳感器的信號調(diào)理板卡和故障注入板卡等機柜硬件,如圖6所示。資源配置時應(yīng)適當(dāng)考慮資源冗余。
本項目所使用的機柜配置有DS1006處理板卡1塊,DS2211/2202 IO板卡2塊,DS291故障注入板卡14塊,DS5390大電流故障注入板卡1塊,DS223信號調(diào)理板卡2塊,CAN卡和LIN卡各1塊。如圖6所示,整個機柜從上至下包括電源開關(guān)、程控電源、FIU板卡、BOB盒、真實負載箱、處理器PX盒等。
控制機柜的上位機軟件是由德國dSPACE公司開發(fā)的商業(yè)軟件包。項目中主要使用Control Desk和Automation Desk來執(zhí)行自動化測試。
1)Control Desk加載模型經(jīng)過編譯后的sdf數(shù)據(jù)庫。將所有數(shù)據(jù)圖形化,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時控制和測量,如圖7所示。
圖7 ControlDesk操作界面
2)AutomationDesk圖形化的自動化測試序列編寫軟件。調(diào)用ControlDesk的數(shù)據(jù)控件,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的設(shè)定,并且采集記錄該數(shù)據(jù)生成測試報告。
圖8 測試序列
以EMS的HIL自動化測試為例,介紹整個自動化測試流程。
1)測試用例根據(jù)EMS的功能規(guī)范,編寫功能點的測試用例。本文以冷卻液溫度對發(fā)動機怠速穩(wěn)定性的影響為測試用例。將冷卻液溫度設(shè)置為-30℃,每30s增加1℃,直到0℃。觀察發(fā)動機怠速的穩(wěn)定性。目標(biāo)結(jié)果是怠速應(yīng)該穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
2)測試腳本通過Automation Desk軟件可圖形化編寫測試腳本,如圖8所示。
3)測試結(jié)果分析評價AUD可以采集所有數(shù)據(jù)并生成表格供測試結(jié)果分析,如圖9和圖10所示。測試結(jié)果評價可以通過AutomationDesk自身提供的模塊庫來判斷測試結(jié)果,也可通過編寫Python語言來判斷測試結(jié)果。本文測試用例就是利用Python語言來判斷測試結(jié)果是否通過。
圖9 冷卻液溫度曲線
圖10 發(fā)動機怠速曲線
從圖9、圖10可看出,隨著冷卻液溫度穩(wěn)定上升,怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定地下降。符合測試的預(yù)期結(jié)果。
HIL測試的經(jīng)濟、高效、安全等特性,使得該測試系統(tǒng)已成為發(fā)動機控制模塊功能診斷、通信測試的主流測試方法。本文通過測試平臺的搭建及應(yīng)用,介紹HIL測試在EMS開發(fā)中的應(yīng)用。說明HIL測試可縮短EMS的研發(fā)周期,降低開發(fā)成本,是快速開發(fā)EMS的有效途徑。
[1]劉衛(wèi)東,王愛春,吳方義,等.車身控制模塊硬件在環(huán)測試系統(tǒng)搭建及測試應(yīng)用[J].汽車電器,2015(12):50-53.
[2]吳方義,劉衛(wèi)東,王愛春,等.基于硬件在環(huán)的車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)自動化測試研究[J].汽車電器,2016(1):48-50.
[3]田真,黃小楓,李志成,等.整車控制器硬件在環(huán)測試流程及測試用例庫設(shè)計[J].汽車工程學(xué)報,2014(3):207-212.
[4]黃永逸,馬增輝,鄭韓麟,等.汽油機ECU HIL自動化測試的實現(xiàn)[C]//中國汽車工程學(xué)會.2014中國汽車工程學(xué)會年會論文集.北京:機械工業(yè)出版社,2014(4):62-65.
[5]吳超,李玲,張燕.Python腳本在整車控制系統(tǒng)HIL測試中的應(yīng)用[J].上海汽車,2012(2):37-40.
(編輯 心翔)
Research and Application of Automatic Testing EMS based on Hardware-In-The-Loop Simulation Technique
YAN Dong,WANG Ai-chun,LIU Gui-tao,LIU Wei-dong,WU Fang-yi,PENG Chen-ruo,WAN Li-qin
(Jiangling Motors Co.,Ltd.,Nanchang 330001,China)
This article describes a solution of automatic testing system for EMS based on Hardware-In-The-Loop(HIL)of dSPACE.A mode is built to simulate the engine based on Matlab/Simulink,and the EMS HIL test platform is setup using the dSPACE cable and the relative software.The open-loop and closed-loop validation is performed,and a test case is taken as example to introduce automatic testing process and EMS HIL testing solutions.
Hardware-In-The-Loop;Engine Manage System;automatic testing
U463.61
:A
1003-8639(2016)12-0057-04
2016-04-20
燕冬(1987-),男,工程師,主要從事汽車電控單元開發(fā)與自動化測試工作。