李志濤
(長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心,河北 保定 071000)
隨著汽車技術(shù)的高速發(fā)展,人們對(duì)于車輛的安全性、舒適性、節(jié)能和環(huán)保、智能化的要求日益增加,汽車電子控制單元的數(shù)量越來(lái)越多,電子電器的功能越來(lái)越復(fù)雜。汽車上大量電子電器系統(tǒng)的集成使用,導(dǎo)致潛在錯(cuò)誤源的數(shù)量急劇增加,因此汽車電子電器系統(tǒng)出現(xiàn)故障在常見的汽車故障中的概率也最高[1]。由此,對(duì)電子電器功能測(cè)試更加重要。本文探討了應(yīng)用CANoe軟件實(shí)現(xiàn)總線、信號(hào)仿真,通過(guò)VT System和CANoe中的編程語(yǔ)言CAPL分別實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的設(shè)計(jì),開發(fā)基于VT的測(cè)試系統(tǒng),同時(shí)匹配實(shí)車電器功能測(cè)試臺(tái)架,從而使電器功能測(cè)試覆蓋度更高、測(cè)試深度提升、靈活性更好,以達(dá)成電器功能的測(cè)試需求。
本系統(tǒng)是基于長(zhǎng)城汽車某車型電器平臺(tái)而搭建的測(cè)試系統(tǒng),該車型總線拓?fù)浒?4個(gè)ECU,各ECU分別分布在3條高速子網(wǎng)上,不同子網(wǎng)上的ECU信息交互通過(guò)網(wǎng)關(guān)(GW)路由。如圖1所示。
由圖1可見,該車型具有配置較高、功能交互緊密、系統(tǒng)集成復(fù)雜等特點(diǎn)。針對(duì)整車電器功能集成測(cè)試,在整車電器功能臺(tái)架測(cè)試階段,需要一種能夠監(jiān)控各模塊信號(hào)信息,同時(shí)又能仿真模擬多種信號(hào)的測(cè)試系統(tǒng),用于實(shí)現(xiàn)以下測(cè)試需求:①車身系統(tǒng)功能測(cè)試,影音娛樂系統(tǒng)功能測(cè)試,動(dòng)力、底盤系統(tǒng)信號(hào)接口功能測(cè)試;②總線物理層測(cè)試,總線數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試,總線網(wǎng)絡(luò)管理層測(cè)試;③總線診斷協(xié)議測(cè)試,各控制器診斷功能測(cè)試;④網(wǎng)關(guān)路由、功能測(cè)試;⑤電源啟停行為測(cè)試、電壓測(cè)試、靜態(tài)電流測(cè)試、電源管理測(cè)試;⑥硬線信號(hào)測(cè)試。
圖1 總線拓?fù)涫疽鈭D
為滿足以上測(cè)試需求,采用基于VT硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),開發(fā)測(cè)試系統(tǒng)。Vector System(以下簡(jiǎn)稱VT系統(tǒng))是德國(guó)Vector Informatik公司針對(duì)車載總線網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的一款功能測(cè)試工具。VT系統(tǒng)作為一個(gè)車身電氣的通用測(cè)試平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)的測(cè)試以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的集成測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)的主要軟硬件均采用德國(guó)Vector公司的測(cè)試工具,軟件使用CANoe,主要用來(lái)模擬與ECU通信相關(guān)的數(shù)據(jù)環(huán)境,提供被測(cè)ECU需要輸入的總線、硬線信號(hào),并通過(guò)VT系統(tǒng)硬件發(fā)送仿真信息與監(jiān)測(cè)被測(cè)ECU的狀態(tài)信息。
基于VT硬件的測(cè)試系統(tǒng),與整車電器功能測(cè)試臺(tái)架匹配使用。整車測(cè)試臺(tái)架布置整車真實(shí)線束、ECU控制器、執(zhí)行器、傳感器等部件,整車測(cè)試臺(tái)架搭建完成后,應(yīng)用線束進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)與整車測(cè)試臺(tái)架的接口連接、調(diào)試,完成測(cè)試系統(tǒng)與整車測(cè)試臺(tái)架的匹配。通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)總線、硬線信號(hào)仿真、模擬、監(jiān)控功能,依據(jù)設(shè)計(jì)的測(cè)試用例[2],由測(cè)試人員執(zhí)行測(cè)試,開展整車電器臺(tái)架的相應(yīng)測(cè)試工作。測(cè)試系統(tǒng)主要由VT硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成,如圖2所示。
圖2 VT測(cè)試系統(tǒng)
測(cè)試系統(tǒng)硬件由測(cè)試系統(tǒng)機(jī)柜、供電模塊、實(shí)時(shí)處理器板卡VT6051A、通信板卡VT6204、I/O板卡VT2516、VT系統(tǒng)的激勵(lì)模塊VT2004A、VT系統(tǒng)的底板VT8012、傳感器仿真板卡VT2710等組成。
測(cè)試機(jī)柜用于安裝集成各硬件模塊及附件,進(jìn)口定制機(jī)柜Schroff 25U,包含定制的機(jī)箱插槽、面板和菲尼克斯連接器附件等。
供電模塊采用Vector 12 V恒定電壓的電源模塊,該模塊的尺寸和形狀使其能夠與VT系統(tǒng)組件兼容,用于VT系統(tǒng)的供電。
為保證測(cè)試執(zhí)行的實(shí)時(shí)性,采用VT實(shí)時(shí)處理板卡VT6051A,運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)VT板卡的管理和數(shù)據(jù)交互。其基本特性如下:①主頻2.5 GHz,4 G RAM;②采用Intel i7 DualCore處理器。
總線通信仿真基于VT6204實(shí)現(xiàn),VT6204具有4通道高性能CAN/LIN及FlexRay通信接口,具有如下特性。
1)獨(dú)立4通道通信接口,每通道可通過(guò)Piggy模塊配置為CAN或LIN接口,支持CAN-FD。
2)通過(guò)VT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信接口的硬件同步,并提供同步接口。
3)每通道都可通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)斷路、線間短路和對(duì)搭鐵對(duì)電源短路電氣故障。
4)通過(guò)RLCpiggy模塊實(shí)現(xiàn)電阻、電容和電感的配置, 用戶可以根據(jù)自己的獨(dú)特需求來(lái)焊接相應(yīng)的電阻、電感、電容,板卡的技術(shù)參數(shù)并沒有限制電阻、電容、電感的配置數(shù)值范圍,用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行焊接配置。
5)終端電阻可配置。這里的終端電阻指的是總線的終端電阻,可配置指的不是終端電阻值的大小,而是是否連接終端電阻。板卡內(nèi)部帶有一個(gè)120Ω的終端電阻,通過(guò)繼電器控制,用戶可以根據(jù)自己的需求來(lái)決定是否將該電阻連接到總線上。
6)接收和發(fā)送的總線負(fù)載可達(dá)100%。
為實(shí)現(xiàn)基本邏輯功能測(cè)試以及ECU數(shù)字型輸入通道的門限有效電壓測(cè)試,對(duì)數(shù)字I/O輸出通道可以仿真開關(guān)型、脈沖型信號(hào),且數(shù)字信號(hào)的門限電平可以設(shè)置。采用數(shù)字I/O板卡VT2516,其具有16路復(fù)合功能的采集通道,每通道特性如下。
1)開關(guān)信號(hào)仿真:可通過(guò)電阻配置為上拉或下拉型開關(guān)信號(hào),電壓范圍0~25V。
2)PWM信號(hào)仿真:頻率范圍為15 mHz~25 MHz,可仿真車速等信號(hào)。
3) 數(shù)字信號(hào)采集:可設(shè)置門限電壓(0~25 V)采集開關(guān)信號(hào),可采集PWM信號(hào)頻率(15 mHz~25 MHz)和占空比。
4)電壓信號(hào)采集:采集范圍-40~40V。
5)故障仿真:可產(chǎn)生對(duì)搭鐵以及電源短路故障。
此方案采用任意信號(hào)發(fā)生板卡VT2004A實(shí)現(xiàn),其具有4路復(fù)合功能通道,每通道的特性如下。
1)電壓模擬量仿真:電壓輸出范圍0~27 V,仿真精度0.5%。
2)電位計(jì)信號(hào)仿真:電位計(jì)參考電壓輸入范圍為0~20 V,輸入阻抗5 kΩ,可仿真節(jié)氣門開度傳感器等。
3)電阻信號(hào)仿真:1~3通道電阻仿真范圍為10Ω~10 kΩ(即10~100Ω精度為2Ω;100Ω~10 kΩ精度為2%;10~150 kΩ精度為10%),4通道電阻仿真范圍1~250 kΩ(即1~100Ω精度為2Ω; 100Ω~250 kΩ精度為2%)。
4)PWM信號(hào)仿真:頻率范圍0.1 Hz~25 kHz,可用于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸信號(hào)等仿真。
5)故障仿真:可產(chǎn)生對(duì)搭鐵以及電源短路故障。
傳感器仿真模塊采用VT2710板卡,具有10通道,可滿足如下信號(hào)的仿真功能:①4通道可配置的PSI5和SENT通道;②2通道的SPI;③2通道UART/RS232/RS422/RS485;④2通道I2C;⑤可額外提供2通道LVDS。
同時(shí),針對(duì)PSI5和SENT通道,VT2710板卡具有如下的電氣特性:①傳感器供電可達(dá)25 V/200 mA;②可產(chǎn)生PSI5的同步脈沖,且電壓、時(shí)隙、保持時(shí)間可調(diào);③電流模塊信號(hào)可調(diào),高低電流速率可達(dá)200 kBit/s;④可產(chǎn)生短路PSI5和SENT信號(hào)的短路故障;⑤可仿真各種阻性和容性負(fù)載。
系統(tǒng)底板VT8012用于連接VT模塊和工控機(jī),該底板最多可插12個(gè)VT模塊,同時(shí)為VT模塊電源接口。
測(cè)試系統(tǒng)軟件CANoe用于實(shí)現(xiàn)VT硬件的配置、硬線和總線仿真信號(hào)管理、測(cè)試數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能,同時(shí)針對(duì)PSI5等特殊傳感器仿真,應(yīng)用CANoe.Option sensor 功能實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器仿真信號(hào)的配置。通過(guò)CANoe配置其測(cè)試環(huán)境,搭建虛擬節(jié)點(diǎn)[3]和測(cè)試程序,每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)通過(guò)CAPL[4]實(shí)現(xiàn)信號(hào)、報(bào)文仿真,發(fā)送。
測(cè)試管理軟件基于CANoe,實(shí)現(xiàn)以下相關(guān)的功能需求。
1)硬件配置:CANoe提供圖形化的硬件配置功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)VT各板卡的屬性配置及板卡控制。
2)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置:創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)管理環(huán)境,配置網(wǎng)絡(luò)中需檢測(cè)和記錄報(bào)文及數(shù)據(jù)和記錄報(bào)文及數(shù)據(jù),如報(bào)文時(shí)間間隔,預(yù)定義的信息等,并可定義針對(duì)特定事件的動(dòng)作及交互信息。
3)可記錄測(cè)試過(guò)程的總線報(bào)文,導(dǎo)出記錄文件,并可回放記錄文件,測(cè)試監(jiān)控及數(shù)據(jù)記錄。
4)CANoe提供Panel功能,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及測(cè)試參數(shù)修改,針對(duì)該系統(tǒng)的監(jiān)控功能包括:①控制信號(hào)的仿真,如電源上電、電壓控制、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)設(shè)置;②狀態(tài)監(jiān)控,通過(guò)報(bào)文或硬線監(jiān)控被測(cè)控制器的狀態(tài)反饋,如電流消耗、故障狀態(tài)等;③同步跟蹤和記錄所配置的報(bào)文及數(shù)據(jù)。
傳感器仿真軟件基于CANoe.Option.Sensor。CANoe.Option. Sensor主要用于ECU連接的數(shù)字傳感器的分析、測(cè)試和仿真,需在CANoe軟件環(huán)境中使用,使用時(shí)需要VT2710(特殊傳感器仿真板卡)作為網(wǎng)絡(luò)接口,是VT2710所對(duì)應(yīng)的配置軟件。主要應(yīng)用領(lǐng)域有動(dòng)力、安全、舒適領(lǐng)域,比如壓力傳感器、空氣流量傳感器、加速度傳感器、雨量傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、溫度傳感器等。
測(cè)試程序的開發(fā)主要包括測(cè)試腳本和人機(jī)交互[5]2部分。
1)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試程序主要通過(guò)CAPL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),可以對(duì)虛擬的控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。①CAPL語(yǔ)言基于事件觸發(fā)的程序,可由總線事件、時(shí)間事件、鍵盤事件觸發(fā),同時(shí)可直接調(diào)用CANoe中的系統(tǒng)函數(shù),完成仿真報(bào)文開發(fā),如動(dòng)力、底盤等相關(guān)報(bào)文與測(cè)試相關(guān)的必要報(bào)文實(shí)現(xiàn)與車身交互;②硬件I/O仿真控制,如溫度、燃油傳感器、巡航開關(guān)等信號(hào)仿真;③總線硬件故障仿真控制,如短路、斷路故障硬件的仿真控制及節(jié)點(diǎn)丟失軟故障;④仿真模型設(shè)計(jì),如通過(guò)典型周期報(bào)文檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的在線、掉線狀態(tài)。建立車身域、動(dòng)力域、底盤域交互功能的定性模型,如來(lái)自車身電源狀態(tài)信號(hào)對(duì)車速報(bào)文的影響,交互功能的信號(hào)設(shè)計(jì)。測(cè)試腳本語(yǔ)言如圖3所示。
圖3 測(cè)試腳本
2)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)通過(guò)Pannel Designer開發(fā),實(shí)現(xiàn)測(cè)試操作與軟件程序的關(guān)聯(lián)。Pannel中包含總線、硬線信號(hào)相應(yīng)設(shè)置與監(jiān)測(cè)窗口,如圖4所示。
圖4 人機(jī)交互界面
測(cè)試系統(tǒng)連接整車測(cè)試臺(tái)架,系統(tǒng)的硬件和軟件配置完成后,在上位機(jī)上設(shè)置CANoe的測(cè)試環(huán)境,打開人機(jī)界面Pannel面板,依據(jù)測(cè)試用例要求,配置需仿真的總線信號(hào)、硬線信號(hào)或傳感器信號(hào),發(fā)送至整車測(cè)試臺(tái)架上的被測(cè)系統(tǒng),構(gòu)建系統(tǒng)的測(cè)試環(huán)境,應(yīng)用CANoe的數(shù)據(jù)采集功能,監(jiān)測(cè)關(guān)注的信號(hào),查看被測(cè)對(duì)象信號(hào)的邏輯響應(yīng)與功能行為。通過(guò)對(duì)被測(cè)對(duì)象信號(hào)與行為的分析,判斷是否與預(yù)期結(jié)果一致,達(dá)成功能測(cè)試目標(biāo)。如以測(cè)試儀表的擋位顯示功能為例,首先將測(cè)試系統(tǒng)與整車臺(tái)架上電、配置完成,然后在上位機(jī)CANoe軟件中配置仿真信息,仿真變速器控制單元發(fā)送的所有總線報(bào)文信息,在人機(jī)交互界面上更改擋位信號(hào)值,依據(jù)測(cè)試用例要求執(zhí)行測(cè)試步驟,查看測(cè)試的預(yù)期結(jié)果。
同時(shí),可應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)的仿真測(cè)試功能,完成對(duì)整車測(cè)試臺(tái)架的總線物理層測(cè)試、通信測(cè)試、診斷測(cè)試、網(wǎng)關(guān)路由測(cè)試、硬線信號(hào)測(cè)試、相關(guān)電性能測(cè)試等。
本系統(tǒng)是基于Vector VT硬件與軟件的測(cè)試系統(tǒng)。VT硬件系統(tǒng)可提供各ECU所需的硬線和CAN總線信號(hào),并能對(duì)ECU發(fā)送信號(hào)進(jìn)行采集,應(yīng)用上位機(jī)軟件CANoe完成仿真信號(hào)設(shè)計(jì)與軟硬件環(huán)境配置,連接整車電器功能測(cè)試臺(tái)架,實(shí)現(xiàn)了整車臺(tái)架總線、功能測(cè)試與相應(yīng)電氣特性測(cè)量,使臺(tái)架測(cè)試的覆蓋度與精度更高,對(duì)臺(tái)架功能測(cè)試具有重要的意義。
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