宋錦明，宋錦剛

（1.上汽集團(tuán)商用車技術(shù)中心，上海 200438；2.江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

燃料電池汽車VMS測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建

宋錦明1，宋錦剛2

（1.上汽集團(tuán)商用車技術(shù)中心，上海 200438；2.江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

簡(jiǎn)要介紹燃料電池汽車整車控制器VMS、測(cè)試系統(tǒng)整體架構(gòu)、測(cè)試系統(tǒng)硬件模塊核心VT system各種I／O信號(hào)模塊和軟件模塊核心CANoe開發(fā)平臺(tái)；詳細(xì)介紹基于CANoe和VT System的VMS測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成、原理，并圍繞“報(bào)文DLC（數(shù)據(jù)場(chǎng)字節(jié)長度）”具體測(cè)試用例給出測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及部分測(cè)試程序代碼；利用測(cè)試系統(tǒng)對(duì)用例進(jìn)行實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，并生成測(cè)試報(bào)告，測(cè)試報(bào)告結(jié)果表明該VMS測(cè)試系統(tǒng)的有效性。

整車控制器；CANoe；VT System；測(cè)試系統(tǒng)

整車控制器VMS（Vehicle Management System）是燃料電池汽車三大核心技術(shù)之一電控技術(shù)的關(guān)鍵模塊。由圖1可知，VMS與整車及燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)FCPS（Fuel Cell Propulsion System）有著密切聯(lián)系。其功能主要包括：①VMS是燃料電池汽車整車各項(xiàng)功能的控制中心，它負(fù)責(zé)動(dòng)力系統(tǒng)的扭矩管理、動(dòng)力電池和燃料電池電堆多能源分配策略、整車高低壓系統(tǒng)安全策略和系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)與報(bào)警提示。②VMS主要通過CAN網(wǎng)絡(luò)采集和判斷駕駛?cè)藛T的控制輸入信號(hào)，如油門、制動(dòng)、擋位等操控信息和駕駛意圖，并向動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)送控制命令，同時(shí)向儀表等設(shè)備輸出FCPS和整車其它子系統(tǒng)的狀態(tài)信息。③VMS同時(shí)還是FCPS與整車其它子系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)與ABS、空調(diào)、EPS等模塊傳輸狀態(tài)信息。

鑒于VMS的重要作用，對(duì)VMS進(jìn)行系統(tǒng)、嚴(yán)格的測(cè)試驗(yàn)證，是整車開發(fā)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文詳細(xì)介紹基于CANoe和VT System的VMS測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建，以及利用該系統(tǒng)完成VMS功能測(cè)試驗(yàn)證的整個(gè)過程。

1 測(cè)試系統(tǒng)整體架構(gòu)

VMS測(cè)試系統(tǒng)包括硬件模塊和軟件模塊兩部分，如圖2所示。

1）測(cè)試系統(tǒng)硬件模塊VMS測(cè)試系統(tǒng)硬件模塊主要由PC機(jī)、電源模塊和測(cè)試系統(tǒng)各種信號(hào)I／O模塊3部分組成。其中測(cè)試系統(tǒng)各種信號(hào)I／O模塊為硬件模塊的核心，主要由VT System各種信號(hào)模塊組成。該模塊用于模擬VMS在特定工作場(chǎng)景時(shí)所需要輸入的各種硬線和CAN總線信號(hào)，同時(shí)針對(duì)該工作場(chǎng)景采集VMS輸出的各種信號(hào)，包括油門踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、點(diǎn)火鑰匙信號(hào)、緊急開關(guān)信號(hào)、動(dòng)力高壓電高壓互鎖信號(hào)、電子風(fēng)扇控制信號(hào)、冷卻水泵控制信號(hào)、空調(diào)控制信號(hào)、動(dòng)力電池和動(dòng)力電機(jī)等工作運(yùn)行狀態(tài)和控制信號(hào)等。

圖1 VMS聯(lián)接信號(hào)圖

圖2 VMS測(cè)試系統(tǒng)整體架構(gòu)

2）測(cè)試系統(tǒng)軟件模塊測(cè)試系統(tǒng)軟件模塊基于CANoe平臺(tái)開發(fā)，運(yùn)行于PC上。主要實(shí)現(xiàn)功能包括：①通過測(cè)試系統(tǒng)軟件模塊控制信號(hào)I／O模塊，模擬前述信號(hào)，使VMS工作于預(yù)設(shè)狀態(tài)；②測(cè)試軟件通過程序已定義的功能，分析和處理硬線I／O和CAN總線接口接收和采集VMS的各項(xiàng)控制輸出信號(hào)，并將結(jié)果與VMS在設(shè)計(jì)時(shí)所期望的各項(xiàng)控制輸出信號(hào)作對(duì)比，以評(píng)估在該條件下VMS功能是否與設(shè)計(jì)要求一致；③記錄測(cè)試過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并形成完整測(cè)試報(bào)告。

2 測(cè)試系統(tǒng)各種信號(hào)I／O模塊

本測(cè)試系統(tǒng)利用VT System相關(guān)模塊（主要包括VT1004、VT2004、VT2516和VT7001等）模擬連接于VMS的真實(shí)執(zhí)行器與傳感器的各種I／O信號(hào)。如果需要，VT組件所模擬的I／O信號(hào)可同時(shí)與真實(shí)傳感器和執(zhí)行器連接。

1）VT8012背板通過VT8012背板，可以把12個(gè)VT組件安裝在19英寸的機(jī)架或19英寸的框架中。同時(shí)，VT8012背板提供了與PC連接的以太網(wǎng)接口，并保證VT System與PC間的電隔離。此外，VT8012背板還提供了VT組件所需的12V工作電源。

2）VT1004負(fù)載和測(cè)量模塊VT1004模塊可以連接ECU的4路輸出，用于測(cè)量伺服電動(dòng)機(jī)或者燈的輸出電氣參數(shù)。

3）VT2004激勵(lì)模塊VT2004可以提供4路輸入給ECU，用于模擬車用傳感器（如溫度傳感器）以及各種開關(guān)的輸入信息。

4）VT2516數(shù)字I／O模塊VT2516可以提供16路通道數(shù)字輸入／輸出，用于模擬數(shù)字量開關(guān)輸入信號(hào)、測(cè)量ECU輸出電壓。

5）VT7001電源模塊通過VT7001電源模塊可以控制ECU供電，包括KL15、KL30、KL31等，能夠提供最大70A的連續(xù)電流輸出，同時(shí)能夠進(jìn)行電流測(cè)量（10uA～70A），同時(shí)，還可以模擬短路、開路等電源故障。

由VT System相關(guān)模塊構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)硬件連接圖，如圖3所示。

圖3 VMS測(cè)試系統(tǒng)硬件連接

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)軟件模塊基于CANoe平臺(tái)開發(fā)，并運(yùn)行于PC上。

3.1CANoe

CANoe是整車網(wǎng)絡(luò)和ECU設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試的專業(yè)工具，是本測(cè)試系統(tǒng)的核心控制軟件，其主要應(yīng)用場(chǎng)景為控制器的功能測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試以及故障診斷測(cè)試。測(cè)試功能主要包括下列組件。

1）在CANoe中可以使用*.XML或*.CAN測(cè)試模塊執(zhí)行連續(xù)的測(cè)試數(shù)據(jù)流。測(cè)試模塊可以在任意時(shí)刻啟動(dòng)執(zhí)行。*.CAN測(cè)試模塊使用類似于C語言的CAPL語言編程實(shí)現(xiàn)，測(cè)試人員可以根據(jù)測(cè)試需求靈活地編制測(cè)試程序，并設(shè)置在測(cè)試執(zhí)行時(shí)將過程信息和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地反饋給測(cè)試人員。

2）測(cè)試服務(wù)庫包含了大量系統(tǒng)預(yù)定義的基于CAPL編程語言測(cè)試的各類接口函數(shù)，方便測(cè)試人員在編程設(shè)計(jì)具體的測(cè)試程序時(shí)直接調(diào)用。它們可以在CAPL測(cè)試模塊中直接使用，可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行參數(shù)化，如監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)報(bào)文的發(fā)送周期，報(bào)文數(shù)據(jù)長度DLC，ECU從收到報(bào)文到發(fā)出響應(yīng)報(bào)文的程序處理時(shí)間，具體物理信號(hào)值的有效性等。

3）在基于CANoe的測(cè)試程序執(zhí)行完成后，測(cè)試程序會(huì)基于特定的模板生成一個(gè)完整的測(cè)試報(bào)告。測(cè)試報(bào)告的形式和內(nèi)容可以由用戶根據(jù)需要自行定義。

在整車網(wǎng)絡(luò)和ECU設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試過程中，需要不斷創(chuàng)建、維護(hù)完善和執(zhí)行測(cè)試序列。CANoe中*. CAN測(cè)試模塊提供了一個(gè)完整測(cè)試環(huán)境和測(cè)試序列。測(cè)試序列是由一系列的測(cè)試用例組成的，測(cè)試程序開發(fā)人員可以通過CAPL編程語言設(shè)計(jì)開發(fā)相對(duì)應(yīng)的測(cè)試用例。

3.2VMS測(cè)試程序設(shè)計(jì)及舉例

VMS測(cè)試程序主要由功能測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和診斷測(cè)試3部分組成，主要內(nèi)容見表1。

表1 測(cè)試程序主要內(nèi)容

測(cè)試用例：報(bào)文DLC（數(shù)據(jù)場(chǎng)字節(jié)長度）測(cè)試，詳見表2。

表2 報(bào)文DLC（數(shù)據(jù)場(chǎng)字節(jié)長度）測(cè)試

測(cè)試用例的軟件主要通過CANoe的CAPL編程環(huán)境實(shí)現(xiàn)，最終生成基于CAPL編程語言的測(cè)試腳本文件。

測(cè)試程序執(zhí)行時(shí)由MainTest（）主函數(shù)開始運(yùn)行，首先通過函數(shù)TestModuleTitle（），TestModuleDescription（）對(duì)測(cè)試對(duì)象和測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行必要的描述。接下來則開始執(zhí)行具體的測(cè)試案例TestCase_X_XXX（），在執(zhí)行測(cè)試案例時(shí)首先通過變量TestCase_X_Selected判斷在本次測(cè)試時(shí)，該測(cè)試案例測(cè)試人員是否選擇執(zhí)行，如果TestCase_X_Selected的值為1，則執(zhí)行該測(cè)試案例，否則本次測(cè)試時(shí)不執(zhí)行該測(cè)試案例。當(dāng)測(cè)試結(jié)束時(shí)，則通過TestGroupEnd（）函數(shù)回到初始狀態(tài)。

在測(cè)試用例程序中，首先通過TestCaseTitle（）函數(shù)描述該測(cè)試案例的測(cè)試內(nèi)容。然后根據(jù)測(cè)試案例的描述，首先調(diào)用SeTVMSRunning（）函數(shù)使VMS處于正常工作狀態(tài)，然后通過調(diào)用函數(shù)ChkStart_MsgDLC（）開始監(jiān)測(cè)VMS的報(bào)文VMSMessage1的DLC，持續(xù)監(jiān)測(cè)5min，接下來根據(jù)變量gDLCCheckResult的值來判斷測(cè)試結(jié)果，如果gDLCCheckResult的值為1，則本次測(cè)試通過，否則為未通過。

如圖4所示，在測(cè)試過程中可以通過CANoe的測(cè)試管理界面對(duì)整個(gè)測(cè)試過程進(jìn)行管理，也可以靈活配置本次測(cè)試所要執(zhí)行的測(cè)試項(xiàng)等。

同時(shí)，在測(cè)試過程中，測(cè)試程序能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整個(gè)測(cè)試過程，如圖5所示，動(dòng)態(tài)顯示每個(gè)測(cè)試用例的執(zhí)行情況，當(dāng)前正在執(zhí)行的測(cè)試用例以及每個(gè)測(cè)試步驟執(zhí)行時(shí)的數(shù)據(jù)顯示和狀態(tài)提示，以便于測(cè)試人員實(shí)時(shí)跟蹤了解測(cè)試過程中的情況。

4 測(cè)試結(jié)果

在每輪測(cè)試完成后，測(cè)試系統(tǒng)會(huì)根據(jù)程序已定義的模板自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，包括測(cè)試進(jìn)程中的過程數(shù)據(jù)，最終判定的結(jié)果和結(jié)論數(shù)據(jù)，用于測(cè)試人員對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。

本次測(cè)試執(zhí)行了VMS的報(bào)文VMSMessage1的DLC測(cè)試，測(cè)試報(bào)告首先描述了本次測(cè)試的內(nèi)容：1.1.TestCase TC 1：Check DLC of VMS message VMSMessage1：Passed和本次測(cè)試的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間。接下來開始描述本次執(zhí)行的測(cè)試案例的具體內(nèi)容：第1步，控制電源模塊給VMS系統(tǒng)供電（TestStep1：Power KL15 On）；第2步，使VMS處于正常工作狀態(tài)（TestStep2：Set VMS Running Normal）；第3步，開始監(jiān)測(cè)VMS的報(bào)文VMSMessage1的DLC。持續(xù)監(jiān)測(cè)5min。最后判斷測(cè)試結(jié)果：VMSMessage1 DLC is True。本次測(cè)試通過。

圖4 測(cè)試管理界面

圖5 測(cè)試過程監(jiān)控

5 結(jié)語

本文基于CANoe和VT System構(gòu)建了燃料電池汽車整車控制器VMS測(cè)試系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)對(duì)VMS進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試。應(yīng)用表明，利用該測(cè)試系統(tǒng)，很好地完成了VMS的測(cè)試驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了諸多產(chǎn)品功能與功能定義的偏差和缺陷，保證了產(chǎn)品開發(fā)品質(zhì)，有效指導(dǎo)了設(shè)計(jì)工程師以及相關(guān)供應(yīng)商對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改和完善，保證了系統(tǒng)的開發(fā)品質(zhì)與開發(fā)進(jìn)度，同時(shí)也保證了在對(duì)整車性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。

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（編輯 楊景）

Testing System Establishment of VMS for Fuel-cell Vehicle

SONG Jin-ming1，SONG Jin-gang2
（1.SAIC Motor Commercial Vehicle Technology Center，Shanghai 200438；2.Jiangsu Vocational College of Finance&Economics，Huai’an 223003，China）

This article firstly introduces Vehicle Management System（VMS）of fuel-cell vehicles，the overall hardware architecture，the VT system’s I／O signal modules which are the core of hardware module and the development platform of CANoe which is the core of software module of the testing system.Then the hardware design，operating principles and test software design of the testing system of VMS based on CANoe and VT System are introduced in detail.Focused on the test cases of“message DLC the vehicle（data bytes）”，the software design and part of testing program code are provided，and test results show that the system is effective.

VMS；CANoe；VT System；test system

U463.6

：A

1003－8639（2016）12－0060－04

2016-10-08；

2016-10-28

淮安市科技支撐計(jì)劃應(yīng)用研究與科技攻關(guān)（工業(yè)）項(xiàng)目（HAG2014038）

宋錦明（1978-），男，江蘇淮安人，工程師，碩士，主要從事汽車車載網(wǎng)絡(luò)和故障診斷方面的工作。