陳志新 曲白雪 張榮輝 孫名揚(yáng) 鄭巖

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，長春 130011）

DCT電控系統(tǒng)硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)研究與應(yīng)用

陳志新 曲白雪 張榮輝 孫名揚(yáng) 鄭巖

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，長春 130011）

搭建了雙離合器自動(dòng)變速器（DCT）控制器的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)自動(dòng)化測(cè)試過程進(jìn)行說明，利用模塊化的測(cè)試庫快速搭建邏輯測(cè)試序列，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)試序列的重用，通過編寫腳本實(shí)現(xiàn)Excel和Automation?Desk的交互，使自動(dòng)測(cè)試結(jié)果更直觀。結(jié)合故障注入中的應(yīng)用實(shí)例，驗(yàn)證了自動(dòng)化測(cè)試的效果，表明該平臺(tái)能夠在項(xiàng)目開發(fā)中快速、有效地驗(yàn)證DCT控制策略，提高控制軟件的質(zhì)量。

1 前言

隨著汽車控制系統(tǒng)的功能不斷增加，汽車控制技術(shù)也變得越來越復(fù)雜。硬件在環(huán)（Hardware In Loop,HIL）測(cè)試作為一種先進(jìn)的仿真技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的開發(fā)。在雙離合器自動(dòng)變速器（Dual Clutch Transmission，DCT）電控系統(tǒng)開發(fā)過程中，采用硬件在環(huán)測(cè)試技術(shù)可以快速有效地開發(fā)、驗(yàn)證和優(yōu)化控制策略，對(duì)故障處理策略進(jìn)行驗(yàn)證，減少實(shí)車路試的次數(shù)，提高DCT電控系統(tǒng)的可靠性[1]。

目前，關(guān)于DCT電控系統(tǒng)的HIL仿真測(cè)試的研究主要集中于對(duì)DCT控制策略的仿真驗(yàn)證和硬件在環(huán)平臺(tái)的搭建。然而，在DCT開發(fā)過程中，軟件版本的不斷更新導(dǎo)致重復(fù)測(cè)試的工作量大，難以滿足快速開發(fā)的需求，采用自動(dòng)化測(cè)試具有準(zhǔn)確可靠、一致性和復(fù)用性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠大大提高測(cè)試效率[2～3]。

本文介紹了在DCT電控系統(tǒng)開發(fā)過程中，基于硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的研究與應(yīng)用，提出了一種參數(shù)化設(shè)計(jì)測(cè)試序列的自動(dòng)測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DCT控制策略的快速驗(yàn)證。

2 硬件在環(huán)測(cè)試

2.1 硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)

本文使用的硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)由整車系統(tǒng)模型、dSPACE硬件、PC機(jī)的ControlDesk控制平臺(tái)、監(jiān)控工具CANape、被測(cè)控制器TCU組成，如圖1所示。

圖1 硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)示意

基于MATLAB/Simulink建立車輛仿真模型，模擬車輛在被測(cè)控制器TCU控制下的運(yùn)行情況，包含發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系統(tǒng)模型、車輛動(dòng)力學(xué)模型、駕駛員和道路模型，其中，車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)模型為TCU控制策略的測(cè)試提供了仿真平臺(tái)。

dSPACE系統(tǒng)與MATLAB/Simulink進(jìn)行無縫連接，利用實(shí)時(shí)代碼生成工具箱（Real-Time Workshop,RTW）模塊實(shí)現(xiàn)代碼的快速生成和下載，利用實(shí)時(shí)接口（Real-Time Interface,RTI）模塊實(shí)現(xiàn)車輛仿真模型與dSPACE接口之間的連接。dSPACE系統(tǒng)通過硬件接口輸出TCU所需的傳感器信號(hào)，接收和采集TCU發(fā)出的執(zhí)行器信號(hào)。CANape從TCU讀取信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)?；贑ontrolDesk軟件開發(fā)了試驗(yàn)界面，如圖2所示，用于控制和實(shí)時(shí)觀測(cè)車輛模型實(shí)時(shí)仿真，基于AutomationDesk軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的硬件在環(huán)測(cè)試[4～5]。

圖2 ControlDesk試驗(yàn)界面

2.2 測(cè)試用例的設(shè)計(jì)

DCT電控系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試需根據(jù)軟件需求文檔和設(shè)計(jì)說明來分析測(cè)試需求。測(cè)試內(nèi)容主要包括傳感器、執(zhí)行器和網(wǎng)絡(luò)通訊等信號(hào)接口測(cè)試，換擋、爬行、起步等基本功能靜態(tài)測(cè)試，正常擋位切換動(dòng)態(tài)測(cè)試，濫用操作，故障注入靜態(tài)測(cè)試，故障注入動(dòng)態(tài)測(cè)試等。

具體的測(cè)試用例采用等價(jià)類劃分方法、邊界值分析方法、錯(cuò)誤推測(cè)方法等測(cè)試技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，每條測(cè)試用例應(yīng)包括測(cè)試用例ID、測(cè)試點(diǎn)名稱、測(cè)試用例、重要級(jí)別、預(yù)置條件、操作步驟、預(yù)期結(jié)果。其中，測(cè)試用例設(shè)計(jì)應(yīng)詳細(xì)描述各測(cè)試用例的測(cè)試動(dòng)作，以及各測(cè)試動(dòng)作執(zhí)行后所期望的測(cè)試結(jié)果[6～7]。

2.3 硬件在環(huán)測(cè)試過程

在AutomationDesk測(cè)試軟件中，按照測(cè)試用例的預(yù)置條件和操作步驟編寫測(cè)試序列，與ControlDesk控制平臺(tái)共同實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛仿真模型的實(shí)時(shí)控制，模擬測(cè)試動(dòng)作執(zhí)行，同時(shí)調(diào)用CANape采集TCU數(shù)據(jù)，編寫測(cè)試腳本，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)判斷實(shí)際測(cè)試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是否一致，硬件在環(huán)系統(tǒng)測(cè)試原理如圖3所示。

圖3 硬件在環(huán)系統(tǒng)測(cè)試原理示意

3 自動(dòng)化測(cè)試

3.1 自動(dòng)化測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

加速升擋是DCT的重要功能之一，由于測(cè)試過程相似，本文以DCT控制系統(tǒng)加速升擋功能的測(cè)試為例說明自動(dòng)化測(cè)試的實(shí)現(xiàn)過程[8～10]。

DCT電控系統(tǒng)的加速升擋功能即為駕駛員踩下油門踏板加速時(shí)，根據(jù)當(dāng)前車速和油門踏板開度選擇合適擋位，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)升擋，加速升擋功能測(cè)試用例如表1所示。

表1 加速升擋功能的測(cè)試用例

DCT硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試引入邏輯測(cè)試用例概念，在AutomationDesk搭建加速升擋邏輯測(cè)試序列，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，通過Excel導(dǎo)入具體測(cè)試用例的測(cè)試參數(shù)，通過Excel調(diào)用測(cè)試腳本，自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試用例，生成測(cè)試報(bào)告。

加速升擋功能的邏輯測(cè)試序列主要分為3部分，如圖4所示。測(cè)試序列初始化（TestInit）實(shí)現(xiàn)用例文檔中的預(yù)置條件，包括系統(tǒng)上電、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、踩制動(dòng)踏板、掛P擋、連接CANape，已形成專用測(cè)試庫，不需更改；測(cè)試部分（TestCase）實(shí)現(xiàn)具體的測(cè)試內(nèi)容，包括操作步驟、結(jié)果判斷；測(cè)試序列清除（TestCleanUp）實(shí)現(xiàn)測(cè)試環(huán)境的恢復(fù)，包括斷開CANape連接、踩制動(dòng)踏板、掛P擋、發(fā)動(dòng)機(jī)熄火、系統(tǒng)斷電，已形成專用測(cè)試庫，不需更改。

圖4 邏輯測(cè)試序列結(jié)構(gòu)

其中，測(cè)試部分為邏輯測(cè)試序列的核心內(nèi)容，在AutomationDesk中運(yùn)用Python腳本和圖形化的測(cè)試模塊庫進(jìn)行搭建，具體步驟為：CANape數(shù)據(jù)采集；掛D擋；踩油門，等待當(dāng)前擋位為操作步驟所需擋位；踩油門，等待目標(biāo)擋位；等待換擋完成；結(jié)束數(shù)據(jù)采集；按預(yù)期結(jié)果對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷；在自動(dòng)測(cè)試報(bào)告中增加數(shù)據(jù)曲線。上述每個(gè)步驟所對(duì)應(yīng)模塊都可在DCT專用自動(dòng)測(cè)試庫中找到，直接拖拽即可完成自動(dòng)測(cè)試序列搭建，大大縮減了搭建時(shí)間。

邏輯測(cè)試序列搭建完成后，設(shè)置加速升擋功能的測(cè)試參數(shù)：控制車輛運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)試參數(shù)，包括AM模式（AMmode）、當(dāng)前擋位（CurGear）、目標(biāo)擋位（TgtGear）、油門開度（Pedal）；結(jié)果判斷的測(cè)試參數(shù)，用于結(jié)果判斷的變量（TransName）和數(shù)值變化范圍（TransVal）；為便于測(cè)試用例和Excel測(cè)試參數(shù)的對(duì)應(yīng)，還增加了測(cè)試用例ID（TestID）。測(cè)試參數(shù)設(shè)置如表2所示。通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，此邏輯測(cè)試序列可實(shí)現(xiàn)不同油門開度、不同擋位的加油升擋測(cè)試。

表2 加速升擋功能測(cè)試參數(shù)設(shè)置表

測(cè)試執(zhí)行過程可自動(dòng)進(jìn)行，通過編寫腳本實(shí)現(xiàn)Excel自動(dòng)調(diào)用AutomationDesk，在Excel中設(shè)置測(cè)試參數(shù)后，可以自動(dòng)寫入已搭建的邏輯測(cè)試序列中，測(cè)試執(zhí)行完畢后將測(cè)試結(jié)果返回Excel，如表2所示，并可鏈接和查看自動(dòng)生成的測(cè)試報(bào)告。

3.2 自動(dòng)化測(cè)試的執(zhí)行結(jié)果

對(duì)自動(dòng)模式4擋升5擋進(jìn)行測(cè)試，即執(zhí)行表2中的測(cè)試用例ID2，可以自動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行判斷，換擋方式（ScoShiftKind=2）為動(dòng)力升擋，換擋類型（ScoShift?Class=26）為動(dòng)力4擋升5擋，如表3所示。

表3 加速升擋功能測(cè)試結(jié)果判斷

測(cè)試過程中的數(shù)據(jù)采集曲線如圖5所示。4擋升5擋的過程為：奇數(shù)軸掛入5擋；離合器充油；扭矩交換；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。由圖5可以看出，4擋升5擋功能正常實(shí)現(xiàn)。

圖5 加速升擋功能測(cè)試曲線

3.3 自動(dòng)化測(cè)試的可維護(hù)性

自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的搭建過程中已逐漸形成了DCT自動(dòng)測(cè)試專用庫，針對(duì)DCT的測(cè)試需求進(jìn)行編寫，覆蓋了DCT測(cè)試所需的各種操作，利用Python腳本和AutomationDesk自身的模塊庫實(shí)現(xiàn)，如手柄操作、數(shù)據(jù)采集、預(yù)期結(jié)果的判斷模塊等，測(cè)試序列搭建時(shí)僅需添加所需模塊即可。

利用Excel設(shè)置測(cè)試參數(shù)，使測(cè)試更加直觀，可讀性較好。在Excel中針對(duì)每組測(cè)試和每條測(cè)試都可配置是否執(zhí)行和執(zhí)行次數(shù)，便于自動(dòng)測(cè)試的管理。同時(shí)，通過測(cè)試用例ID的對(duì)應(yīng)可方便地對(duì)測(cè)試進(jìn)行追蹤和維護(hù)，在測(cè)試需求變更時(shí)，針對(duì)一組測(cè)試用例，僅需修改邏輯測(cè)試用例，大大縮減了維護(hù)測(cè)試用例所需的時(shí)間。

基于本文所述的DCT電控系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，可匹配不同平臺(tái)的DCT電控系統(tǒng)，基本的信號(hào)接口測(cè)試如傳感器、執(zhí)行器功能測(cè)試，加速升擋功能測(cè)試，減速降擋功能測(cè)試，故障處理測(cè)試等都可直接復(fù)用和移植，在已有的邏輯測(cè)試用例和Excel測(cè)試參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，大大降低了測(cè)試用例復(fù)用的工作量。

4 自動(dòng)化測(cè)試在故障注入中的應(yīng)用

故障注入測(cè)試是驗(yàn)證DCT電控系統(tǒng)安全性的重要手段，使用人工手段進(jìn)行故障注入測(cè)試的成本高，重復(fù)工作量非常大，采用本文所述的硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)可以快速、有效地完成大量的故障注入測(cè)試，以脫擋故障注入測(cè)試為例進(jìn)行說明。

為測(cè)試DCT電控系統(tǒng)對(duì)脫擋故障的處理策略，設(shè)計(jì)了在換擋過程中各個(gè)階段脫擋的測(cè)試用例，首先搭建邏輯測(cè)試用例，在目標(biāo)擋位給出后，等待一定時(shí)間（Wait?Time），設(shè)定撥叉位置為一定值（ForkPosition），即注入脫擋故障，其中WaitTime和ForkPosition為測(cè)試參數(shù)，重用這一邏輯測(cè)試序列，設(shè)置不同的測(cè)試參數(shù)，即可快速完成換擋過程中各階段發(fā)生脫擋時(shí)故障處理策略的測(cè)試。

測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，在扭矩交換過程中發(fā)生脫擋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不受控，可能發(fā)生超速，如圖6所示。

圖6 脫擋故障時(shí)出現(xiàn)問題的測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)在扭矩交換過程中發(fā)生脫擋時(shí)，會(huì)立刻分離奇、偶離合器，但沒有考慮到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行扭矩限制。更改后進(jìn)行回歸測(cè)試，測(cè)試曲線如圖7所示，發(fā)生脫擋后，在分離離合器的同時(shí)立即對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行限扭，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)超速的可能。

圖7 脫擋故障處理更改后的測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)論

本文所述的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)能夠快速搭建測(cè)試序列，操作簡單靈活，通過編寫測(cè)試腳本實(shí)現(xiàn)Excel和AutomationDesk交互，使自動(dòng)測(cè)試更直觀，能夠有效地對(duì)測(cè)試質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。利用Excel進(jìn)行測(cè)試管理，可在無人干預(yù)的情況下自動(dòng)執(zhí)行一系列測(cè)試用例。引入邏輯測(cè)試序列，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試用例的重用，減少了測(cè)試用例的實(shí)際開發(fā)量，也降低了不同DCT軟件平臺(tái)的測(cè)試復(fù)用工作量，大大降低了測(cè)試成本。

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3 姜超，焦偉，易飛.DCT硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì).上海汽車，2010（10）：23～26.

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（責(zé)任編輯 斛 畔）

修改稿收到日期為2017年3月20日。

Research and Application of HIL Automatic Test Platform for DCT Control System

Chen Zhixin,Qu Baixue,Zhang Ronghui,Sun Mingyang,Zheng Yan
（China FAW Corporation Limited R&D Center,Changchun 130011）

The Hardware-In-Loop(HIL)test platform of the Dual Clutch Transmission(DCT)controller was built.In combination of practical program to interpret the automatic test process,and using modular test library to rapidly establish logic test sequence,and by using parameterized design to realize reusing of test sequence,through writing script to realize interaction of Excel and AutomationDesk,which makes the automatic test results more intuitive.In combination of practical example injected with faults,the effect of automatic test was verified,which show that the platform can rapidly and effectively verify DCT control strategy in project development,and improve quality of control software.

HIL,DCT,Automatic test

硬件在環(huán) DCT 自動(dòng)化測(cè)試

U467.5+2

A

1000-3703（2017）07-0001-04