嚴(yán)鑫

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1 引言

隨著消費(fèi)者對汽車安全性、舒適性要求越來越高，汽車裝配的電子控制單元數(shù)目迅猛增加，為保證各個電子控制單元的性能穩(wěn)定，在整車開發(fā)前期，就需要對所有控制模塊進(jìn)行系統(tǒng)、全面的測試開發(fā)。而隨著汽車控制器的集成度與復(fù)雜度越來越高，測試所需要的人力、物力成本也大幅度提高，為解決這一難題，本文提出了一種自動化硬件在環(huán)測試系統(tǒng)方案，該方案在設(shè)計(jì)初期就開始對電子控制單元進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與功能驗(yàn)證，不僅縮汽車控制器的開發(fā)周期，也降低了開發(fā)成本。

圖1 硬件在回路仿真原理

2 HIL測試系統(tǒng)概述

2.1 HIL測試原理介紹

HIL（Hardware In the Loop）測試主要是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下通過搭建模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從而有針對性的進(jìn)行汽車控制器的各種不同工況測試。該方法有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不需要在實(shí)驗(yàn)臺架上就可以模擬各種復(fù)雜工況和故障模式；

（2）可以實(shí)現(xiàn)多個控制器自動化集成測試，易于后續(xù)維護(hù)及擴(kuò)展；

硬件在回路仿真原理如圖1所示。在傳統(tǒng)測試中，ECU和真實(shí)被控對象形成閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，硬件在回路仿真測試中ECU和仿真系統(tǒng)形成閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過建立模型來代替真實(shí)被控對象，仿真模型將精準(zhǔn)的輸入仿真對象的各種特性參數(shù)，后續(xù)，用戶只需要修改仿真模型中的參數(shù)就可以完成大部分模型的設(shè)計(jì)工作，目前該方式已經(jīng)在很多商業(yè)模型中得到廣泛的應(yīng)用。

2.2 HIL測試系統(tǒng)的組成

HIL測試系統(tǒng)的基本組成為：控制器（待測對象）、仿真硬件平臺、已校準(zhǔn)的車輛模型及試驗(yàn)管理軟件，如圖2所示。

3 系統(tǒng)硬件測試平臺介紹

3.1 概述

BCM HIL測試系統(tǒng)的硬件平臺組成包括：實(shí)時硬件系統(tǒng)，外圍硬件，綜合信號管理模塊，可編程電源，電源管理模塊等，外部還包括外置BOB。

3.2 實(shí)時硬件系統(tǒng)介紹

BCM測試系統(tǒng)的實(shí)時硬件采用的是基于PXI系統(tǒng)總線的NI系統(tǒng)，包括NI PXIe-1062機(jī)箱一個，一個PXIe-8840實(shí)時處理器板一個，和若干個信號處理器板（如FPGA 板，數(shù)據(jù)采集板卡，通訊板卡等）。該BCM測試系統(tǒng)是一個閉環(huán)測試系統(tǒng)，該閉環(huán)系統(tǒng)的工作過程主要是：通過控制器發(fā)出的各種控制信號給硬件接口，經(jīng)過模型運(yùn)算，后通過IO口輸出各種傳感器信號給控制器，最后與控制器構(gòu)成一個閉環(huán)測試系統(tǒng)。

圖2 HIL 系統(tǒng)的組成

圖3 simulink模型導(dǎo)入到veristand流程圖

實(shí)時硬件系統(tǒng)就是提供實(shí)時模型運(yùn)行的硬件環(huán)境，將模型運(yùn)算出的結(jié)果轉(zhuǎn)化為電氣信號發(fā)送給控制器，同時采集控制器輸出的信號及硬件系統(tǒng)的信號（如電壓、電流、角度、速度等），通過轉(zhuǎn)化，參與到模型的計(jì)算中來。外圍硬件是為了實(shí)現(xiàn)特殊功能而研發(fā)的硬件，如故障注入板，電源切換等。綜合信號管理模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理，分配等功能。斷路測試盒 BOB是為了方便測試。電源管理模塊則是為了整個測試系統(tǒng)的用電安全而設(shè)計(jì)的。

4 HIL測試軟件系統(tǒng)

4.1 測試環(huán)境配置

軟件系統(tǒng)主要包括汽車仿真模型、Veristand管理軟件以及自動測試用例等，自動化測試工程搭建后，以控制器單元引腳的電氣特性及接線原理為依據(jù)，為所測控制器分配硬件資源，包括板卡通道端子分配、負(fù)載類[2]型配置、CAN/LIN通道的配置等，以保證BCM各單元引腳與板卡通道資源配置連接一致，再通過上位機(jī)管理軟件Veristand實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)機(jī)的操作和利用，上位機(jī)管理軟件是測試工程師與實(shí)時處理器進(jìn)行交互的轎梁，測試人員通過Veristand管理軟件實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)機(jī)的操作和利用。simulink模型導(dǎo)入到veristand流程如圖3所示。

4.2 測試用例編寫

自動測試用例是用來建立自動測試工程的測試方法，實(shí)現(xiàn)對被測BCM各功能的自動測試及自動生成測試報告，并能夠?qū)崟r監(jiān)測整個測試過程，INTES是基于 Eclipse RCP開發(fā)的自動測試執(zhí)行軟件，主要用于自動測試序列搭建及序列執(zhí)行。其主要功能包括：（1）測試項(xiàng)目管理；（2）測試序列搭建（包含用戶自定義庫管理）；（3）測試序列執(zhí)行；（4）測試報告生成；（5）數(shù)據(jù)字典變量映射；（6）底層硬件設(shè)備管理（HIL/EES/Diag/ECU）。

INTES軟件典型的應(yīng)用流程如圖4所示。

圖4 INTES使用流程圖

4.3 HIL系統(tǒng)測試執(zhí)行

在測試運(yùn)行過程可以通過各個窗口監(jiān)測測試執(zhí)行情況和測試信號值變化情況，測試完成后HIL系統(tǒng)將自動出具測試報告。

5 結(jié)論與展望

硬件在回路仿真是一種可行的測試手段，通過HIL可以在虛擬環(huán)境中對新的電控單元及軟件進(jìn)行大量測試，這種測試系統(tǒng)能精準(zhǔn)的模擬各種測試工況以及ECU的故障。因此它具有系統(tǒng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，測試覆蓋度高、可重復(fù)性強(qiáng)、測試周期短和測試結(jié)果一致性高等優(yōu)點(diǎn)，同時還可以搭建自動測試序列，簡化了測試流程，提高了測試的效率，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。