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        基于HIL的汽車電氣功能測試系統(tǒng)設(shè)計

        2017-02-27 05:04:50劉德利谷原野節(jié)忠海高洪偉
        汽車電器 2017年1期
        關(guān)鍵詞:功能測試板卡臺架

        劉德利,谷原野,節(jié)忠海,高洪偉

        (一汽轎車股份有限公司,吉林長春 130012)

        基于HIL的汽車電氣功能測試系統(tǒng)設(shè)計

        劉德利,谷原野,節(jié)忠海,高洪偉

        (一汽轎車股份有限公司,吉林長春 130012)

        提出了一種用于汽車電氣功能測試的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)(HIL),全面介紹HIL硬件和軟件設(shè)計方案,闡述測試執(zhí)行和測試效果。

        電氣功能測試;硬件在環(huán);電子控制單元

        傳統(tǒng)的人工測試無法滿足日益復(fù)雜的電氣功能測試需求,已經(jīng)提出硬件在環(huán)(Hardware-in-the-Loop,HIL)測試系統(tǒng),主要包括發(fā)動機控制單元功能測試[1]、車身控制系統(tǒng)總線測試[2-3]、自動變速器控制系統(tǒng)功能測試[4]等。本文提出一種用于汽車電氣功能測試的硬件在環(huán)測試系統(tǒng),優(yōu)勢在于可實現(xiàn)單一控制單元電氣功能測試,并能實現(xiàn)多個控制單元之間交互的電氣功能(整車系統(tǒng)集成電氣功能)測試。此外,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車電子控制單元外圍電路的真實與虛擬的靈活切換,使被測控制單元能夠擺脫外圍器件開發(fā)進(jìn)度的限制,在設(shè)計初期進(jìn)行充分設(shè)計方案驗證,既縮短了開發(fā)周期,又降低了開發(fā)成本。

        1 HIL的硬件設(shè)計方案

        HIL由主機柜、負(fù)載柜和測試臺架組成[5-6]。主機柜是HIL的控制核心,主要由工控機、實時操作系統(tǒng)和電源等組成。負(fù)載柜主要負(fù)責(zé)負(fù)載模擬、信號調(diào)理、信號接口處理,負(fù)載柜由負(fù)載板卡和總線板卡組成,負(fù)載柜通過連接器與測試臺架的電子控制單元和真實負(fù)載相連接。HIL硬件結(jié)構(gòu)連接關(guān)系如圖1所示。

        圖1 HIL硬件結(jié)構(gòu)示意圖

        1.1 總線板卡的工作原理

        總線板卡主要由總線測量和模擬模塊、切換電路、總線通道構(gòu)成。其中總線測量和模擬模塊負(fù)責(zé)完成CAN總線匹配電阻接入、總線故障注入以及CAN、LIN總線信號模擬等功能;切換電路完成CAN、LIN總線輸入輸出切換;總線通道用于連接控制單元總線信號??偩€板卡的工作原理如圖2所示。

        圖2 總線板卡的原理圖

        1.2 負(fù)載板卡的工作原理

        負(fù)載板卡主要由電壓采集電路、電流采集電路、信號處理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號處理單元、電壓輸出電路、電流輸出電路、PWM輸出電路構(gòu)成。主要負(fù)責(zé)采集電流、電壓、PWM信號和模擬電流輸出、電壓輸出、PWM信號輸出。負(fù)載板卡的工作原理如圖3所示。

        圖3 負(fù)載板卡原理圖

        1.3 測試臺架的構(gòu)成及功能

        測試臺架構(gòu)成如圖4所示。測試臺架主要負(fù)責(zé)將測試需要的電子控制單元ECU、傳感器、執(zhí)行器和開關(guān)等元器件按照實際線束連接關(guān)系進(jìn)行連接,并將對應(yīng)的板卡與需要測量的元器件相連接。該測試臺架的優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)同一車型的多種配置靈活切換,可減少臺架搭建數(shù)量,節(jié)約成本,提高測試臺架的通用性。

        圖4 測試臺架構(gòu)成圖

        2 HIL的軟件設(shè)計方案

        HIL的軟件主要包括上位機軟件和實時操作系統(tǒng)軟件[7-9]。上位機軟件與實時操作系統(tǒng)通過光纖介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中上位機軟件是基于Visual Studio開發(fā)環(huán)境開發(fā),主要功能包括人機界面顯示、控制單元引腳映射管理、測試用例加載、測試計劃管理、用戶輸入命令處理、測試任務(wù)執(zhí)行、測試過程顯示、測試報告生成等功能。實時操作系統(tǒng)軟件是基于NI軟件LabView RT系統(tǒng)開發(fā)的,它主要功能是接收上位機下發(fā)的動作執(zhí)行指令,同時采集相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機,由上位機顯示采集到的數(shù)據(jù)。HIL軟件架構(gòu)如圖5所示。

        圖5 HIL軟件架構(gòu)圖

        3 HIL的測試執(zhí)行及測試效果

        3.1 HIL具體測試流程

        通過應(yīng)用程序登陸,在主窗口的菜單中進(jìn)行車型平臺選擇,并根據(jù)測試需求選擇相應(yīng)的測試用例進(jìn)而生成測試序列。點擊開始按鈕進(jìn)行測試,測試程序?qū)y試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,得出測試結(jié)果并根據(jù)設(shè)定的模板生成測試報告,如圖6所示。

        圖6 測試執(zhí)行流程圖

        3.2 HIL的測試效果

        1)該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)任意車身電子控制單元(輸入和輸出為電流、電壓和PWM信號)的功能測試。

        2)該系統(tǒng)既能進(jìn)行單個車身電子控制單元的功能測試,又能實現(xiàn)多個車身電子控制單元的系統(tǒng)集成電氣功能測試。

        3)該系統(tǒng)通過設(shè)置總線板卡和負(fù)載板卡,實現(xiàn)汽車電子控制單元外圍電路的真實與虛擬的靈活切換。例如極限測試環(huán)境,車速為120km/h,儀表超速報警功能,利用總線測試板卡模擬車速信號發(fā)送給儀表,即可實現(xiàn)該功能測試。

        4)該系統(tǒng)通過對測試臺架不同電子控制單元的配置,實現(xiàn)一個測試臺架完成對該車型不同配置的功能測試,降低測試臺架的搭建成本。

        4 結(jié)論

        本文闡述了HIL的硬件和軟件設(shè)計方案,其應(yīng)用于汽車功能測試,很好地解決了傳統(tǒng)人工測試的缺點。該HIL具有測試覆蓋度高、可重復(fù)性強、測試周期短和測試結(jié)果一致性高等優(yōu)點。為HIL在汽車電氣功能測試中的廣泛應(yīng)用提供了一定的依據(jù)和參考。

        [1]楊志強.發(fā)動機硬件在環(huán)仿真試驗臺搭建[J].汽車工程師,2011(3):29-31.

        [2]韓江洪,劉磊,衛(wèi)星,等.總線型車身控制系統(tǒng)硬件在環(huán)測試的研究[J].汽車工程,2012,34(8):696-700.

        [3]翟琰,劉磊,張建軍,等.車身總線控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真設(shè)計[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,35(5):621-624.

        [4]李君,謝先平,梅近仁,等.基于HiL實時聯(lián)合仿真自動變速器控制系統(tǒng)TCU快速開發(fā)研究[J].汽車技術(shù),2010(11):7-12

        [5]王熠,何洪文,張穎琦,等.基于CAN網(wǎng)絡(luò)的混合動力汽車硬件在環(huán)仿真平臺[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,2011,31(5):524-527.

        [6]崔海峰,劉擁軍,趙向東,等.基于硬件在環(huán)仿真的汽車制動控制器測試系統(tǒng)[J].上海汽車,2010(8):14-17.

        [7]胡朝峰.汽車電子電器硬件在環(huán)仿真實驗系統(tǒng)的研究[J].汽車電器,2010(6):50-52.

        [8]楊志強.電動助力系統(tǒng)硬件在環(huán)試驗臺設(shè)計[J].汽車工程師,2010(8):37-39.

        [9]張永生,謝靜思,張浩.一種混合動力電動汽車部件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)設(shè)計方案[J].汽車工程學(xué)報,2012,2(5):322-326.

        (編輯心翔)

        Vehicle Electrical Function Test Design Based on Hardware-In-The-Loop System

        LIU De-li,GU Yuan-ye,JIE Zhong-hai,GAO Hong-wei
        (First Automobile Works Co.,Ltd.,Changchun 130012,China)

        In this article,Hardware-in-the-loop(HIL)system designed for vehicle electrical function test is presented.Then a comprehensive introduction of hardware and software design scheme for HIL system is given. Finally,the test execution and result is demonstrated.

        electrical function test;hardware-in-the-loop;ECU

        U463.6

        A

        1003-8639(2017)01-0058-02

        2016-05-31

        劉德利(1987-),男,吉林長嶺人,工程師,碩士,主要工作方向為電氣功能測試硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用、整車電氣功能測試等;谷原野(1984-),男,吉林乾安人,工程師,碩士,主要工作方向為電氣功能測試硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用、整車電氣功能測試等;節(jié)忠海(1982-),男,黑龍江海倫人,工程師,碩士,主要工作方向為電氣功能測試硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用、整車電氣功能測試等;高洪偉(1982-),男,黑龍江大慶人,高級工程師,博士,主要工作方向為電氣架構(gòu)設(shè)計、車載網(wǎng)絡(luò)開發(fā)、電氣集成測試等。

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