劉超，楊春偉，崔海峰，孔葦光，吳君

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基于dSPACE的ESP HIL臺架及SYNECT自動化測試系統(tǒng)應用

劉超，楊春偉，崔海峰，孔葦光，吳君

（泛亞汽車技術中心有限公司，上海 200129）

文章介紹了ESP HIL濕式臺架和自動化測試管理系統(tǒng)構建及應用。臺架由dSPACE測控系統(tǒng)、ESP系統(tǒng)機電液零件、車輛動力學模型和系統(tǒng)仿真模型等構成，實現(xiàn)了ESP系統(tǒng)開閉環(huán)測試；自動化測試管理系統(tǒng)基于dSPACE SYNECT開發(fā)集成，實現(xiàn)了測試腳本創(chuàng)建、測試過程執(zhí)行和測試報告輸出全流程自動化。以ESP附加功能中的坡起輔助（HSA）功能測試實例介紹了自動化測試的應用，有力支持了ESP系統(tǒng)開發(fā)驗證，顯著提高測試效率和覆蓋率，保證測試的精確追溯性，是一套有效的技術解決方案，具有較好的行業(yè)推廣性。

ESP；HIL；SYNECT；自動化測試和管理

前言

伴隨汽車電控技術的高速發(fā)展，尤其是智能駕駛技術的出現(xiàn)，其系統(tǒng)的復雜度急劇提升。電控化產品封裝了嵌入式軟件，同周邊系統(tǒng)實時進行大數據量通訊，執(zhí)行日益繁多的系統(tǒng)功能，需要對系統(tǒng)進行嚴格的監(jiān)控診斷。其代碼量大、軟件結構復雜、多任務，無不加劇了開發(fā)和驗證的難度，從而對以傳統(tǒng)機械系統(tǒng)為對象的產品開發(fā)和驗證體系提出了新的挑戰(zhàn)。硬件在環(huán)(HIL)開發(fā)測試系統(tǒng)作為一種新型的開發(fā)測試手段，其精度高且能夠實現(xiàn)自動化測試的優(yōu)點，對產品性能和品質的提高具有極大的促進作用。目前，HIL測試系統(tǒng)在國外電控系統(tǒng)的開發(fā)測試中應用已經比較廣泛，在國內典型應用在車身控制儀表類電控模塊的開發(fā)測試中，文獻[1]進行了應用介紹。在底盤電控模塊的開發(fā)測試中，HIL系統(tǒng)測試還較少應用，部分整車企業(yè)和學校開展了一些關于防抱死制動模塊HIL測試平臺搭建的研究[2,3,4,5]。本文闡述了一種機電液集成模塊化設計的濕式ESP（電子穩(wěn)定）系統(tǒng)HIL臺架構建和模型集成方案，并結合SYNECT自動化測試管理系統(tǒng)對ESP輔助坡起功能自動化測試進行應用介紹。

1 ESP濕式HIL臺架系統(tǒng)組成

ESP HIL測試構建方案有多種方案[2,3,4,5]，實時仿真硬件經歷了從早期PC機，到選擇專業(yè)HIL實時硬件和配套軟件（比如NI，dSPACE等）的演變過程；從ESP系統(tǒng)集成分為只集成ESP控制模塊的干式HIL測試系統(tǒng)和集成ESP液壓系統(tǒng)的濕式HIL測試系統(tǒng)。本文所介紹的一種基于dSPACE的濕式ESP HIL測試系統(tǒng)的構建，正是滿足主機廠使用目的而打造的一套機電液集成模塊化設計的HIL測試系統(tǒng)。

該套ESP HIL測試系統(tǒng)由HIL實時仿真器，駕駛員踏板模擬系統(tǒng)，機電液一體化濕式機柜，仿真模型，上位機5個部分組成。dSPACE HIL實時仿真器主要包括核心處理器，仿真與采集板卡、電源組成；駕駛員踏板模擬系統(tǒng)主要通過一個高速線性電機推動真實制動踏板，模擬駕駛員的制動踏板命令；濕式機柜包含真實制動控制模塊、液壓管路、踏板模擬器和執(zhí)行器；制動控制系統(tǒng)仿真模型是整個HIL測試系統(tǒng)的核心部分。

圖1 ESP濕式HIL臺架構建圖

為制動控制系統(tǒng)正常工作提供虛擬實車環(huán)境；車輛模型是CarSim車輛動力學軟件；上位機由dSPACE公司工具鏈軟件平臺構成。汽車制動控制HIL自動化測試系統(tǒng)設計思想是把真實的制動控制模塊和液壓回路放置在一個虛擬整車的環(huán)境中，通過實時仿真接口RTI和I/O板卡、通信板卡和傳感器仿真板卡與運行在DS1006多核處理器板卡中的車輛動力學模型鏈接在一起，再輔助以各種上位機軟件，構成一個完整的機電液HIL自動化測試系統(tǒng)，實現(xiàn)真實模塊和系統(tǒng)在虛擬車輛及環(huán)境中的閉環(huán)仿真。下圖為HIL測試臺系統(tǒng)框圖。

1.1 硬件構成

實時模擬系統(tǒng)利用dSPACE實時仿真器提供制動控制系統(tǒng)所需的各種硬件信號和軟件信號。該套系統(tǒng)可以模擬4個全類型輪速脈沖信號，提供制動控制模塊電源和總線信號。同時具備強大的數據采集功能，實時采集來至制動系統(tǒng)的6個壓力信號，踏板力和踏板位移信號。

駕駛員踏板模擬系統(tǒng)是利用一個高速線性電機，模擬駕駛員制動動作，進行制動踏板力或者踏板位移控制。在線性電機和制動踏板之間串接了力傳感器監(jiān)控模擬駕駛員踏板力，從線性電機同時可以監(jiān)控到制動踏板位移信號。

真實制動系統(tǒng)濕式柜由實際車輛全套制動系統(tǒng)構成，包含制動踏板，助力器，制動主缸，制動液壺，制動控制系統(tǒng)，前后輪制動盤及輪缸，前后輪制動盤，及制動管路。整套制動系統(tǒng)里充滿了制動液，和真實車輛制動系統(tǒng)保持一致。為了監(jiān)控制動系統(tǒng)的工作壓力，分別在4個輪缸和2個主缸中接入壓力傳感器。

ESP濕式HIL測試臺架實物，如下圖所示。通過定義統(tǒng)一接口和設計不同項目平臺的模塊化濕式柜，采用“樂高”組合概念，實現(xiàn)短時間內多項目跨平臺測試的切換，滿足企業(yè)多平臺產品開發(fā)測試的需求。

圖2 模塊化制動系統(tǒng)HIL測試臺架實物

1.2 仿真模型

HIL模型，主要包括車輛動力學模型，程控電源模型，機柜控制模型和總線通訊模型。該模型利用MATLAB/ SIMULINK進行集成和編譯，并下載到dSPACE實時模擬器中進行毫秒級的實時運算，實現(xiàn)真實制動系統(tǒng)和虛擬模型在環(huán)測試驗證。

通過駕駛員踏板模擬系統(tǒng)，可以把制動命令轉換為制動踏板行為，在真實的制動系統(tǒng)內部產生一定制動壓力。實時模擬器同步采集真實制動系統(tǒng)中4個輪缸和2個主缸上的制動壓力，輸入到車輛動力學模型中的制動模型，并匹配特定高附或者低附路面，產生車輛的制動力，實現(xiàn)模型車輛的速度和減速度變化。通過實時模擬器上的輪速模擬器板塊實時仿真出對應的車輛速度變化脈沖信號并傳遞給ESP系統(tǒng)。ESP系統(tǒng)通過控制算法實現(xiàn)特定ESP，ABS，TCS等功能。在此基礎上也可實現(xiàn)對ESP擴展功能HSA， EPB，ACC，AEB等的相關HIL仿真測試。ESP濕式HIL測試臺架仿真模型如下圖所示。

圖3 仿真模型框圖

1.3 軟件工具鏈

上位機中包含由dSPACE公司開發(fā)的工具鏈搭配CarSim車輛動力學模型構成完整的軟件系統(tǒng)。

1）Control Desk 基于標準模板，按項目測試需求增減控件，進行模型信號與控件關聯(lián)，搭建靈活的人機交互控制界面，如下圖所示。

圖4 Control Desk 界面

2）Automation Desk 圖形化的編程語言，可以直接拖拽，操作簡單方便，采用定制化的測試框架，實現(xiàn)自動化測試腳本的創(chuàng)建更容易，模型界面如下圖所示。

圖5 Automation Desk 界面

3）CarSim 車輛動力學軟件實現(xiàn)對車輛動力學參數的配置，測試工況和道路的設定及三維動畫顯示，操作界面如下圖所示。

圖6 CarSim 界面

Control Desk 直觀地監(jiān)控車輛運行狀態(tài)參數和環(huán)境，如下圖所示。需要注意的是，所有軟件必須加載Matlab/Simulink編譯模型生成的同一.sdf文件才能下載到dSPACE實時硬件中去運行。

整個HIL測試系統(tǒng)搭建完成后，需要對該系統(tǒng)進行調試，保證測試準確性，避免由于測試設備問題導致測試錯誤。具體調試包括激勵、開環(huán)和閉環(huán)調試。激勵調試只需要確認機柜通道為導通且無串線即可；開環(huán)調試需要確認輸出隨輸入的變化而響應；閉環(huán)調試是在開環(huán)的基礎上加入模型控制，實現(xiàn)電控系統(tǒng)和整車電氣網絡環(huán)境的閉環(huán)，達到精確仿真的目的，同時利用線性電機推動制動踏板作用，實現(xiàn)機械液壓系統(tǒng)的閉環(huán)工作。閉環(huán)調試通過后，就可以進行ESP系統(tǒng)的開發(fā)與自動化測試工作。整個HIL測試中ESP系統(tǒng)使用實際的零件并包含完整的液壓系統(tǒng)環(huán)境，既可以支持ESP系統(tǒng)的靜態(tài)診斷測試和功能邏輯測試，未來可以進一步拓展性能的標定測試。在開展自動化測試過程中，HIL臺架的使用率會更高，涵蓋的測試范圍更廣，測試的效果和實車更接近。

圖7 ESP HIL試驗監(jiān)控界面

2 SYNECT自動化測試管理系統(tǒng)

2.1 SYNECT系統(tǒng)介紹

自動化測的試優(yōu)點是執(zhí)行速度快，結果反饋迅速，但開發(fā)和維護自動化測試案例及腳本需要投入更多的人力物力，才能確保HIL測試的自動化執(zhí)行和高的測試覆蓋率。

為了更好管理測試案例、測試過程以及測試結果，泛亞在國內率先引入最新的dSPACE工具軟件SYNECT，并集成特定測試要求，自主開發(fā)匹配軟件，實現(xiàn)整個流程管理，試驗執(zhí)行，數據交換，后臺模型和HIL設備的無縫關聯(lián)。

圖8 SYNECT測試管理界面

2.2 自動化測試流程

圖9 自動化測試管理流程

整個HIL平臺搭建調試好后，在支持制動控制系統(tǒng)手動測試同時，也可支持自動化測試，節(jié)省大量的測試時間和提升測試質量，使開發(fā)者把主要工作放在精細模型、優(yōu)化測試用例和結果分析上面。結合企業(yè)自身業(yè)務特點，泛亞自主開發(fā)了自動化測試業(yè)務流程，如下圖所示。首先根據測試需求編寫測試用例，然后根據測試用例搭建測試序列，實現(xiàn)自動化測試執(zhí)行，最后是測試結果分析與報告管理。下面將以制動控制系統(tǒng)HIL自動化測試為例，完整介紹整個自動化測試流程。

2.2.1自動化測試案例生成

通過開發(fā)基礎的測試框架和腳本，實現(xiàn)底層測試代碼的自動生成，使測試開發(fā)人員可以專注于應用層測試案例的開發(fā)。通過自主開發(fā)的配套軟件，實現(xiàn)開發(fā)者用自然語言的方式定義測試腳本，提升了測試案例定義的效率和準確性。相關測試案例開發(fā)界面如下：

圖10 自動化測試案例

2.2.2自動化測試案例執(zhí)行

自動化測試最大的優(yōu)點就是執(zhí)行速度快效率高，可以幾倍甚或數十倍的減少測試時間，從而實現(xiàn)壓縮項目開發(fā)周期。該套自動化測試系統(tǒng)，結合車輛動力學模型，可以實現(xiàn)ESP靜態(tài)和動態(tài)的自動化聯(lián)合測試。下圖展示的ESP動態(tài)測試自動化執(zhí)行情況。

圖11 自動化測試案例執(zhí)行

2.2.3自動化測試結果生成

圖12 自動化測試結果

測試結果由自動化測試工具自動判斷給出測試結果并快速生成報告。該報告的結果和版本在管理系統(tǒng)中進行跟蹤和審批。無論對于原始數據的管理，結果的評判和報告的發(fā)布，自動化管理系統(tǒng)可以做到一鍵輸出，極大提升了對結果分析處理的效率。下圖展示的自動化測試結果界面。

3 基于HIL臺架自動化測試應用

對于制動控制系統(tǒng)ABS、ESP等性能HIL仿真測試有很多文章進行過論述和介紹，本文主要針對ESP標準坡起輔助功能HSA HIL自動化測試進行應用介紹。

3.1 ESP坡起輔助功能測試工況概述

1）測試需求測試坡道起步輔助功能能否在坡道上保持車輛不溜坡。

2）坡起輔助功能包含：自動擋和手動檔車輛測試，前進擋車頭向上和倒車檔車頭向下測試；在這里我們以自動擋車輛車頭向上的測試為例描述待測試工況。

3）測試用例描述使車輛駛入目標道路：上坡路面，長度5 00m，寬3.5m，附著系數為0.93；駕駛車輛車頭向上D檔行駛到坡道上，踩剎車踏板駐車；開始采集；松剎車踏板，使車輛駐停在目標道路上，超時后車輛開始后溜。如表1所示：

表1 不同坡度坡起輔助駐車測試參數

3.2 ESP坡起輔助功自動化測試執(zhí)行

創(chuàng)建定制化的測試框架，好處是將測試用例中語言的描敘圖形化。

創(chuàng)建基本指令庫對一些基本操作（如：上下電、踩油門、踩制動踏板等）進行建庫，方便測試創(chuàng)建測試腳本。

基于創(chuàng)建好的測試框架和指令庫，自動化的測試腳本步驟就很容易通過查找使用基本指令庫來實現(xiàn)。

測試執(zhí)行可以逐個執(zhí)行測試腳本，也可以批量執(zhí)行。

根據測試需求創(chuàng)建不同坡度的坡道進行組合測試，如圖13所示是在Carsim中創(chuàng)建的15%的坡道。

圖13 HAS功能自動化測試執(zhí)行

3.3 ESP坡起輔助功能測試結果分析

測試結果分析自動生成測試結果和詳細報告，并對重要的變量曲線進行繪圖，幫助分析。

由圖14可以看出，車輛在15%的坡道駐坡的情況下，松開剎車，制動系統(tǒng)開始保壓，超出設定2S時間后在0.5s時間完成泄壓退出；根據主缸和輪缸的壓力曲線，壓力持續(xù)的時間來驗證坡道起步功能邏輯的完整性和正確性，有效的幫助制動控制系統(tǒng)的功能的開發(fā)和驗證。

和實車測試相比，HIL臺架在坡起輔助功能的測試上費用低時間短測試覆蓋率高。主要體現(xiàn)在不需要協(xié)調使用實際車輛和和試驗場地的，虛擬的測試坡道容易建立覆蓋所有要求的坡度，極大提升了HSA功能的驗證效率和質量，以及開發(fā)成本。

圖14 坡起輔助功能測試曲線

4 結論

綜上所述，通過自主開發(fā)機電液集成模塊化設計的HIL自動化測試臺架及自動化管理系統(tǒng)，并用于ESP功能測試、通信測試、故障診斷測試及預標定測試，支持整車開發(fā)中ESP控制模塊的開發(fā)驗證和測試管理。并以HSA功能測試為例，詳細介紹了ESP系統(tǒng)HIL自動化測試流程及應用，展現(xiàn)了自動化測試的優(yōu)勢，在產品開發(fā)早期進行驗證測試，模擬各種復雜極限工況，提前發(fā)現(xiàn)設計問題進行預防，實現(xiàn)了壓縮開發(fā)周期，減少實車驗證數量，降低開發(fā)成本和提升測試人員安全保障，是ESP系統(tǒng)快速開發(fā)驗證的有效途徑。自動化的測試管理系統(tǒng)，覆蓋產品開發(fā)全流程，從案例建立、計劃制定、驗證執(zhí)行、結果評估和過程追溯等全過程的自動化和數字化，達到國際先進水平，相關的思想和方法，以及工具鏈運用，具有較好的行業(yè)推廣性。

[1] 詹德凱,李順智,張超.dSPACE半實物仿真技術在汽車電子集成測試中的應用.汽車實用技術.2015（6）.

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Application of the automatic test system based on dspace esp hil bench and synect

Liu Chao, Yang Chunwei, Cui Haifeng, Kong Weiguang, Wu Jun

（Pan Asia Technical Automotive Center Co., Ltd., Shanghai 200129 )

This paper introduces ESP HIL wet bench and automatic test management system. The bench is composed of dSPACE measurement and control system, electro-hydraulic parts of ESP system, vehicle dynamics model and system simulation model, which realizes the open and closed loop test of ESP system. The automated test management system is based on the development and integration of dSPACE SYNECT, which realizes the automation and test management of test script generation, test implementation and result output. The application of the system is demonstrated with an example of hill start assistant (HSA) function test in ESP additional function. It strongly support ESP system development and test. It is a very effective technical solution, which can improve test efficiency and coverage, ensure the accurate traceability and good promotion.

ESP; HIL; SYNECT; automatic test and management

U463

A

1671-7988(2019)05-79-05

U463

A

1671-7988(2019)05-79-05

劉超，本科，就職于泛亞汽車技術中心有限公司，工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.023