黃勝龍 趙德銀 周時(shí)瑩 張東波 許中芳

（中國第一汽車集團(tuán)有限公司智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長春 130011）

主題詞：硬件在環(huán) 智能控制終端 整車控制器 自動(dòng)化測試

1 引言

智能遠(yuǎn)程控制器與整車控制器協(xié)調(diào)控制能有效提高汽車的智能化水平，提升用戶體驗(yàn)，是汽車智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域的重要技術(shù)。

本文針對智能遠(yuǎn)程控制與整車控制功能的測試需求，基于硬件在環(huán)（Hardware In the Loop,HIL）仿真技術(shù)提出了一套虛擬仿真環(huán)境下的全自動(dòng)測試方案，設(shè)計(jì)了一套高效自動(dòng)化測試系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)與整車仿真系統(tǒng)的融合，滿足其軟硬件開發(fā)及測試需求。在該測試設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了對智能遠(yuǎn)程控制與整車控制功能的自動(dòng)化測試與驗(yàn)證，通過上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化測試[1]。本測試方案具有測試環(huán)境仿真方便、功能和故障測試覆蓋全、安全、高效的特點(diǎn)。

2 智能與整車控制器測試平臺總體方案

本測試設(shè)備及技術(shù)基于整車HIL測試環(huán)境，在整車仿真環(huán)境中接入ICU及VCU專有測試設(shè)備，可以在整車各個(gè)ECU的仿真工作環(huán)境下對智能控制與整車控制功能和故障診斷等方面進(jìn)行全面的測試。

將ICU和VCU控制器接入該測試設(shè)備，通過整車動(dòng)力學(xué)和道路場景模型模擬整車運(yùn)行環(huán)境，并通過HIL電子硬件通道仿真控制器所需的傳感器信號，同時(shí)，采集控制器發(fā)出給執(zhí)行器的控制信號。這樣，形成一套完整的ICU與VCU控制器閉環(huán)測試系統(tǒng)[2]。

本測試方案如圖1所示，交直流充電座溫度傳感器信號、電池緊急控制信號、加速踏板傳感器信號、真空度傳感器信號、電機(jī)水溫傳感器信號、環(huán)境壓力傳感器信號、制動(dòng)開關(guān)信號、交直流充電連接確認(rèn)信號由整車動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算輸；Epark防盜驗(yàn)證、與PEPS交互、電池電壓、高壓電池狀態(tài)、工作模式等通過IO通道和CAN通道模擬，形成整車控制器的閉環(huán)測試環(huán)境。

圖1 測試方案框圖

3 測試平臺硬件方案

3.1 測試平臺硬件方案設(shè)計(jì)

智能遠(yuǎn)程控制與整車控制測試平臺由電源模擬及管理、傳感器故障注入、執(zhí)行器故障注入、信號調(diào)理、實(shí)時(shí)處理器及真實(shí)控制器等多個(gè)部分組成。其中實(shí)時(shí)處理器作為本平臺數(shù)據(jù)處理中樞，用于運(yùn)行車輛動(dòng)力學(xué)模型、IO模型、電機(jī)模型、電池模型等仿真模型。本平臺硬件支持模擬ICU及VCU所需的所有傳感器信號，并接收VCU發(fā)出的執(zhí)行器信號，由此來判定遠(yuǎn)程控制及整車控制功能和邏輯是否滿足設(shè)計(jì)要求。測試方案框圖如圖2所示。

圖2 ICU與VCU控制器HIL測試方案詳細(xì)框圖

3.2 測試平臺電源管理

本測試平臺的供電系統(tǒng)，不僅模擬車上常規(guī)的電源，如KL15、KL30、KL87等，還測量ECU工作時(shí)消耗的電流，尤其是靜電流。為了實(shí)現(xiàn)ECU的低電壓測試，采用電源切換板HS6201實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同電源的切換。也可以切換到一個(gè)可以高速控制的電源，來模擬電壓突變。該模塊提供多個(gè)帶電流測量的電源輸出，用于為ECU供電。

3.3 測試平臺信號調(diào)理與網(wǎng)絡(luò)測試

仿真模型中信號為數(shù)字量，需通過信號調(diào)理來實(shí)現(xiàn)仿真數(shù)字信號與真實(shí)信號之間的轉(zhuǎn)換。在本測試平臺中信號調(diào)理的實(shí)現(xiàn)方式為信號調(diào)理載板加不同的信號調(diào)理模塊。信號調(diào)理載板用于將需要進(jìn)行調(diào)理的信號連接到信號調(diào)理模塊，并可以實(shí)現(xiàn)與不同的信號調(diào)理模塊的連接。每種信號調(diào)理模塊有特定的用途，用于實(shí)現(xiàn)一組信號（4或者8通道）的調(diào)理。包括：數(shù)字信號輸入、輸出調(diào)理和模擬信號輸入、輸出調(diào)理。CAN通信測試方案如圖3所示。

圖3 CAN通信測試方案

為了實(shí)現(xiàn)對整車網(wǎng)絡(luò)中信號的操作，需對整車網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。特別開發(fā)出一套可以隨意切換網(wǎng)絡(luò)通道的“虛擬網(wǎng)關(guān)”，通過“虛擬網(wǎng)關(guān)”，可以斷開特定的ECU和網(wǎng)絡(luò)其它部分之間的通訊信號，或者進(jìn)行字節(jié)操作、定時(shí)操作、屏蔽某條報(bào)文，甚至對報(bào)文長度進(jìn)行操作。利用總線仿真，可以模擬一個(gè)不存在的或者臨時(shí)關(guān)掉的ECU發(fā)送的報(bào)文。但總線仿真不是模擬替代的CAN節(jié)點(diǎn)的功能，而是模擬CAN節(jié)點(diǎn)的通訊功能。

3.4 故障注入

故障注入用于為ECU模擬各種硬件故障，如短路、斷路。用于測試ECU的故障診斷功能。ECU的輸出端首先連接到BOB（Break-Out-Box），通過BOB，可以方便地手動(dòng)斷開或連接任意一個(gè)信號，也可以方便地從BOB測量任意一個(gè)信號。接著，ECU的輸出信號連接到故障注入板，可以模擬對地短路、對電源短路、開路等故障。通過故障注入板的ECU輸出信號分別連接到負(fù)載（驅(qū)動(dòng)負(fù)載用）和信號調(diào)理板（采集ECU的輸出信號用）。EFI（Electrical Failure Insertion）軟件通過PC機(jī)的串口控制故障注入板卡可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)BOB功能及連接、斷開等操作來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的故障模擬。

3.5 整車控制器測試硬件資源分配

按照VCU控制器管腳類型，可分為PWM_In、PWM_Out、Dig_In、Dig_Out、AN_In、AN_Out、RES_In、VSS、GND、CAN_H、CAN_L等信號類型，同時(shí)，根據(jù)該分類配置相應(yīng)的IO硬件資源，將VCU與整車仿真環(huán)境連接起來。表1為VCU與HIL測試平臺資源的對應(yīng)表，VCU控制器管腳與設(shè)備信號IO、故障注入、監(jiān)測資源一一對應(yīng)。

表1 VCU控制器與HIL平臺連接信號示例

除了配置信號調(diào)理電路，同時(shí)，在各信號IO端配置故障注入、大電流故障注入、電流測量、負(fù)載等資源，以對相應(yīng)管腳進(jìn)行對應(yīng)的故障注入和狀態(tài)檢測，從而仿真模擬ICU、VCU正常工作狀態(tài)及故障狀態(tài)。

圖4為ICU、VCU控制器與HIL測試實(shí)際連接圖，控制器各管腳對應(yīng)相應(yīng)的硬件資源，該部分不僅是硬件與軟件的接口，也是各管腳信號IO與故障注入的載體。

圖4 ICU與VCU控制器與HIL平臺連接

4 測試平臺軟件方案

為了實(shí)現(xiàn)在測試中與測試平臺的交互，本測試平臺采用上位機(jī)控制軟件與目標(biāo)機(jī)受控對象模型連接，目標(biāo)機(jī)受控對象模型與測試設(shè)備資源一一對應(yīng)。通過該模型可實(shí)現(xiàn)人員—上位機(jī)—測試設(shè)備的實(shí)時(shí)互聯(lián)及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問。這樣，通過上位機(jī)既可以實(shí)時(shí)控制測試設(shè)備資源，亦可實(shí)時(shí)監(jiān)測測試設(shè)備及被測控制器狀態(tài)。

4.1 VCU測試IO模型

IO模型將上位機(jī)測試軟件與ICU、VCU測試設(shè)備相關(guān)資源實(shí)現(xiàn)一一對應(yīng)的連接，例如，ICU或VCU控制器接受或發(fā)送的所有報(bào)文信號。與其它模型相比，該模型對應(yīng)關(guān)系更清晰，便于不同平臺模型的移植[3]。上位機(jī)測試軟件可通過監(jiān)測控制器的報(bào)文信號來監(jiān)測控制器的實(shí)時(shí)狀態(tài)。同時(shí)，也可對該控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)及電氣故障的注入，再通過控制器的故障碼及控制信號驗(yàn)證該控制器的故障診斷功能。

4.2 上位機(jī)測試軟件

上位機(jī)測試軟件是控制和監(jiān)測測試設(shè)備狀態(tài)的接口，其中各個(gè)模塊對應(yīng)所需控制或監(jiān)測的量。

與其它設(shè)備上位機(jī)軟件相比，本測試平臺的測試界面更豐富，并且可以非常方便地關(guān)聯(lián)模型映射量[4]。通過該界面，可以實(shí)現(xiàn)對車輛仿真模型中各個(gè)參數(shù)的控制，以模擬實(shí)車各個(gè)工況，同時(shí)，監(jiān)測車輛及控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，來對ICU、VCU功能進(jìn)行測試與驗(yàn)證。

基于上述手動(dòng)配置參數(shù)及人為觀察評價(jià)測試結(jié)果的測試經(jīng)驗(yàn)，我們在上位機(jī)測試系統(tǒng)中采用自動(dòng)化測試軟件Automated Test System來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試，同時(shí)，應(yīng)用Python腳本編寫配置參數(shù)及進(jìn)行復(fù)雜測試結(jié)果判斷。通過上述方法，既保障了測試平臺的自動(dòng)化測試水平，也提高了測試結(jié)果評判的效率。

根據(jù)測試需求和測試用例，開發(fā)完成測試序列后，在自動(dòng)化測試軟件Automated Test System中采用Test Plan組件編寫自動(dòng)化測試序列，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)測試計(jì)劃的自動(dòng)化執(zhí)行。

在自動(dòng)化測試過程中，序列實(shí)時(shí)采集測試結(jié)果數(shù)據(jù)，再根據(jù)腳本程序?qū)崿F(xiàn)測試結(jié)果的評價(jià)。為了嵌入到自動(dòng)化測試軟件中，采用了Python腳本編寫各種復(fù)雜的評判程序，包括車輛遠(yuǎn)程啟動(dòng)防盜驗(yàn)證、自動(dòng)出車和自動(dòng)泊車的線路規(guī)劃點(diǎn)評價(jià)等復(fù)雜邏輯評價(jià)。最后自動(dòng)化生成測試報(bào)告。

在上述自動(dòng)化測試實(shí)現(xiàn)過程中，定義了完整的術(shù)語詞典、通用變量及通用庫函數(shù)。實(shí)現(xiàn)了基于本測試車型開發(fā)的測試用例、自動(dòng)化代碼的可復(fù)用，并可非常方便地移植到其它車型的ICU、VCU測試中。

5 測試驗(yàn)證

針對智能網(wǎng)聯(lián)車型遠(yuǎn)程控制與整車控制器各功能點(diǎn)測試需求，我們制定相應(yīng)的測試用例。在虛擬仿真環(huán)境中仿真各個(gè)工況來驗(yàn)證智能遠(yuǎn)程控制及整車控制功能，同時(shí)，監(jiān)測整車報(bào)文信息來評判該功能是否滿足設(shè)計(jì)要求，圖5為車輛虛擬仿真測試場景動(dòng)畫。

圖5 車輛測試場景

我們可以通過手機(jī)APP操作來直接控制HIL平臺中ICU與VCU的動(dòng)作，也可以通過測試界面中IO模型控件來觸發(fā)相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制指令，圖6為紅旗某車型遠(yuǎn)程手機(jī)APP控制界面。

圖6 手機(jī)APP控制界面

測試過程中，本平臺通過IO硬件實(shí)時(shí)采集整車控制器各管腳信號值，同時(shí)也實(shí)時(shí)監(jiān)測整車CAN總線信號值，根據(jù)用例中評判庫來判定該測試用例的測試結(jié)果[5]。

以遠(yuǎn)程空調(diào)開啟功能為例，工作流程為：ICU收到用戶手機(jī)APP中遠(yuǎn)程空調(diào)啟動(dòng)請求，將該信號轉(zhuǎn)發(fā)至VCU，VCU控制整車高壓上電成功后，判斷電池SOC是否滿足空調(diào)開啟閾值，并判斷整車未進(jìn)行直流或交流充電加熱，條件都滿足時(shí)會發(fā)送遠(yuǎn)程空調(diào)開啟命令給AC控制器，AC控制器控制空調(diào)開啟，同時(shí)，AC控制器通過VCU和ICU反饋空調(diào)狀態(tài)至用戶手機(jī)APP中。在本方案中，通過模擬用戶手機(jī)APP與ICU的交互信息、AC控制器的工作模型來對實(shí)際ICU和VCU的遠(yuǎn)程空調(diào)開啟功能進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，我們在本方案中也可以模擬注入遠(yuǎn)程空調(diào)開啟時(shí)報(bào)文錯(cuò)誤、等待時(shí)間超時(shí)、直流或交流充電、SOC過低等特殊工況和故障工況下，VCU和ICU的控制邏輯是否滿足設(shè)計(jì)要求。

6 總結(jié)

本文介紹的智能測試設(shè)備在紅旗產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目中的應(yīng)用體現(xiàn)了本設(shè)備和技術(shù)的先進(jìn)性和通用性，通過測試用例庫的建設(shè)使得本平臺的測試用例可通過簡單的修改復(fù)用至紅旗其它車型的測試中。本測試設(shè)備在測試過程中具有測試覆蓋廣的特點(diǎn)，并且通過本方案可直接模擬車輛各種狀態(tài)及控制器管腳開路、對電源短路、對地短路等故障，方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程車輛狀態(tài)測試及控制器故障診斷功能測試。同時(shí)，基于整車HIL系統(tǒng)的自動(dòng)化測試技術(shù)使整個(gè)測試過程變得更加安全高效，在實(shí)驗(yàn)室模擬各種碰撞、道路救援、天氣狀況、車輛失控等狀態(tài)下的整車試驗(yàn)工況，降低了遠(yuǎn)程控制與整車控制功能測試的成本和危險(xiǎn)度，縮短了驗(yàn)證周期。