李志濤

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

隨著汽車(chē)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)于車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)電子電器系統(tǒng)出現(xiàn)故障在常見(jiàn)的汽車(chē)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(kāi)發(fā)基于VT的測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)匹配實(shí)車(chē)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。

1 測(cè)試需求分析

本系統(tǒng)是基于長(zhǎng)城汽車(chē)某車(chē)型電器平臺(tái)而搭建的測(cè)試系統(tǒng)，該車(chē)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(jiàn)，該車(chē)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(chē)電器功能集成測(cè)試，在整車(chē)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(chē)身系統(tǒng)功能測(cè)試，影音娛樂(lè)系統(tǒng)功能測(cè)試，動(dòng)力、底盤(pán)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(kāi)發(fā)測(cè)試系統(tǒng)。Vector System（以下簡(jiǎn)稱(chēng)VT系統(tǒng)）是德國(guó)Vector Informatik公司針對(duì)車(chē)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(chē)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(chē)電器功能測(cè)試臺(tái)架匹配使用。整車(chē)測(cè)試臺(tái)架布置整車(chē)真實(shí)線束、ECU控制器、執(zhí)行器、傳感器等部件，整車(chē)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(chē)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(chē)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(kāi)展整車(chē)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)

2 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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。

2.1 測(cè)試機(jī)柜

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。

2.2 供電模塊

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。

2.3 實(shí)時(shí)處理器板卡

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。

2.4 通信板卡

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(méi)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%。

2.5 數(shù)字I/O板卡

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(mén)限有效電壓測(cè)試，對(duì)數(shù)字I/O輸出通道可以仿真開(kāi)關(guān)型、脈沖型信號(hào)，且數(shù)字信號(hào)的門(mén)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(kāi)關(guān)信號(hào)仿真：可通過(guò)電阻配置為上拉或下拉型開(kāi)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(chē)速等信號(hào)。

3） 數(shù)字信號(hào)采集：可設(shè)置門(mén)限電壓（0～25 V）采集開(kāi)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。

2.6 激勵(lì)模塊

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(mén)開(kāi)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。

2.7 傳感器仿真模塊

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。

2.8 VT系統(tǒng)底板

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。

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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。

3.1 測(cè)試軟件

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(chē)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)。

3.2 傳感器仿真軟件

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。

3.3 測(cè)試程序設(shè)計(jì)

測(cè)試程序的開(kāi)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(pán)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(kāi)發(fā)，如動(dòng)力、底盤(pán)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(chē)身交互；②硬件I/O仿真控制，如溫度、燃油傳感器、巡航開(kāi)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(chē)身域、動(dòng)力域、底盤(pán)域交互功能的定性模型，如來(lái)自車(chē)身電源狀態(tài)信號(hào)對(duì)車(chē)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(kāi)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

4 測(cè)試過(guò)程

測(cè)試系統(tǒng)連接整車(chē)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(kāi)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(chē)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(chē)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(chē)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。

5 結(jié)束語(yǔ)

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(chē)電器功能測(cè)試臺(tái)架，實(shí)現(xiàn)了整車(chē)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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