張中君，彭 楊，崔 碩，高 帥

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

隨著生活品質(zhì)的日益提高，對汽車的舒適性、經(jīng)濟(jì)性有越來越高的要求，進(jìn)氣格珊不僅影響汽車的美觀性,并且進(jìn)氣格柵外形和閉合狀態(tài)的設(shè)計直接影響車輛行駛進(jìn)氣性及散熱性。主動進(jìn)氣格柵造價成本低并且可以降低行車過程中的油耗,從而越來越多的汽車制造商加入這一項技術(shù)［1］。主動進(jìn)氣格柵接收發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、外部進(jìn)氣溫度、空調(diào)開閉狀態(tài)、行駛車速等信號,調(diào)節(jié)格柵電機(jī)的不同角度,達(dá)到降低風(fēng)阻、降低油耗的效果。國內(nèi)外眾多車型中已經(jīng)有了主動進(jìn)氣格柵的應(yīng)用［2］。

硬件在環(huán)測試具有可靠性、便利性，有效地對AGS控制策略的功能進(jìn)行校驗，避免損失，提高測試開發(fā)進(jìn)度，節(jié)省了開發(fā)成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

1 AGSHIL基本原理介紹

1.1 AGS系統(tǒng)介紹

圖1為某車型AGS電氣原理示意圖。

圖1 汽車AGS電氣原理圖

主動進(jìn)氣格柵控制器由微控制器、模擬量采集接口、數(shù)字驅(qū)動輸出接口、高速CAN總線接口、私有LIN總線接口及供電模塊等組成。AGS能夠使發(fā)動機(jī)系統(tǒng)更快地進(jìn)入最好的溫度工作范圍，從而降低了油耗，燃油經(jīng)濟(jì)性得到了很大提高，提升整車的駕駛性能［3］。

主動進(jìn)氣格柵控制器通過硬線采集車速信號、輸出使能信號、CAN總線接收冷卻液溫度、格珊進(jìn)氣溫度、空調(diào)開閉狀態(tài)、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、車速、油門踏板位置等信號以及通過私有LIN總線接收進(jìn)氣格柵電機(jī)狀態(tài)、格珊電機(jī)位置，控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計算，通過私有LIN總線發(fā)送格珊電機(jī)控制角度，綜合控制電機(jī)來調(diào)整進(jìn)氣格柵角度。AGS控制器能夠進(jìn)行故障診斷和故障處理功能，從而達(dá)到故障保護(hù)的效果。

1.2 AGSHIL系統(tǒng)介紹

如圖2所示，AGS HIL系統(tǒng)主要包括以下部分：待測AGS、HIL測試設(shè)備、上位機(jī)軟件、AGS電機(jī)模型。

圖2 汽車AGS HIL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

HIL機(jī)柜根據(jù)AGS接口特性與AGS控制器建立映射連接關(guān)系，一方面對AGS進(jìn)行供電控制以及總線信號仿真，另一方面對AGS控制信號進(jìn)行采集監(jiān)測。測試界面軟件是基于dSPACE ControDesk軟件環(huán)境，實現(xiàn)測試界面開發(fā)以及測試實施管理工作。測試模型包括IO接口模型和AGS電機(jī)模型兩部分，IO模型實現(xiàn)機(jī)柜IO資源的配置管理，AGS電機(jī)模型主要建立AGS控制器反饋端模型。

2 AGS HIL測試系統(tǒng)搭建

AGSHIL測試平臺主要包含硬件系統(tǒng)、電機(jī)模型、測試界面以及系統(tǒng)調(diào)試等4部分。運用MATLAB/Simulink軟件搭建AGS電機(jī)仿真模型，dSPACE軟硬件平臺用于AGS控制器測試平臺的搭建。

圖3 AGS電機(jī)模型

2.1 硬件系統(tǒng)開發(fā)

AGS HIL測試平臺是基于dSPACE仿真系統(tǒng)搭建，dSPACE硬件采用基于PHS的硬件平臺，仿真系統(tǒng)采用DS1006 Processor Board是基于四核AMD OpteronTMx86處理器，處理器運算主頻高達(dá)2.8 GHz；資源板卡采用DS2202、DS4330和DS291板卡，DS2202板卡是多通道的IO資源板卡，具有PWM、ADC、DAC、DI、CAN等多種資源仿真通道，DS4330板卡可以對LIN總線進(jìn)行仿真及監(jiān)測，DS291板卡通過控制內(nèi)部繼電器開閉實現(xiàn)對通道的故障注入。故障診斷使用dSPACEDCI-CAN、串口等進(jìn)行連接。PC通過網(wǎng)線或者光纖與dSPACE仿真平臺連接，實現(xiàn)實時仿真模型的下載及測試的運行管理。

根據(jù)AGS接口資源類型和接口參數(shù)特性，完成控制器與仿真測試平臺之間的物理連接。

2.2 仿真模型開發(fā)

仿真模型的開發(fā)主要包括兩部分：IO模型開發(fā)和AGS電機(jī)模型開發(fā)。

2.2.1 IO模型開發(fā)

IO模型其主要作用是對dSPACE機(jī)柜的硬件輸入輸出接口進(jìn)行配置，實現(xiàn)與控制器的信號交互，并通過RTICANMM、RTILINMM模塊配置CAN、LIN總線實現(xiàn)總線通信功能。

2.2.2 AGS電機(jī)模型開發(fā)

根據(jù)主動進(jìn)氣格柵的功能邏輯，進(jìn)行AGS電機(jī)模型的搭建，通過電機(jī)仿真模型，實現(xiàn)控制器的閉環(huán)控制功能。AGS電機(jī)仿真模型包含以下幾個部分：接收控制器控制信號模型、電機(jī)邏輯模型、電機(jī)狀態(tài)反饋模型、故障注入模型等。根據(jù)功能邏輯需求，通過電機(jī)控制信號及所需反饋信號，與控制器完成閉環(huán)控制功能。完成AGS電機(jī)模塊開發(fā)，得到主動進(jìn)氣格柵控制電機(jī)模型如圖3所示。

AGS電機(jī)模型具有上電初始化功能，即收到使能信號后，執(zhí)行器位置反饋位置信號從0運行到100，再從100運行到0，并且所有反饋信號均無故障。模型運行結(jié)果與預(yù)期輸出結(jié)果保持一致，此模型初始化確認(rèn)無誤，初始化運行結(jié)果如圖4所示。

控制器發(fā)送調(diào)節(jié)AGS電機(jī)模型角度，AGS根據(jù)策略反饋相應(yīng)的角度，如分別設(shè)置控制器發(fā)送控制器角度為5%、10%、20%、50%、85%、95%、100%，模型反饋角度分別為5%、10%、20%、50%、85%、95%、100%，與設(shè)計規(guī)范一致，運行數(shù)據(jù)如表1所示。

AGS電機(jī)模型內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)部堵轉(zhuǎn)接口，可以實現(xiàn)對電機(jī)角度任意值設(shè)置及電機(jī)保持力矩反饋、移動狀態(tài)反饋、校準(zhǔn)有源反饋、機(jī)械故障反饋、塊檢測反饋、電氣誤差反饋、欠壓誤差反饋、過電壓誤差的反饋、溫度誤差的反饋等進(jìn)行故障設(shè)置。

2.3 上位機(jī)管理界面開發(fā)

為了提供人機(jī)交互接口對測試樣機(jī)控制及監(jiān)控，需要開發(fā)工程師測試界面。應(yīng)用dSPACE ControlDesk軟件進(jìn)行測試管理界面的搭建。MATLAB／Simulink模型是通過ControlDesk軟件進(jìn)行下載到機(jī)柜中，并可以實現(xiàn)硬件管理、數(shù)據(jù)監(jiān)控、變量管理和參數(shù)設(shè)置［4］。

圖4 AGS電機(jī)初始化離線仿真圖

表1 AGS電機(jī)控制反饋角度

圖5為上位機(jī)測試管理界面。為了使測試操作界面更方便測試工程師操作，操作界面由以下部分組成：電源控制、駕駛員操作、車輛狀態(tài)控制、空調(diào)狀態(tài)控制。在不同模塊下實現(xiàn)對AGS所需信號的輸入及控制輸出的采集。

CAN總線的仿真及監(jiān)控是在CAN通信管理界面下進(jìn)行操作的，LIN總線的仿真及監(jiān)控是在LIN通信管理界面下進(jìn)行操作的。利用ControlDesk當(dāng)中的CAN Monitor監(jiān)控各個節(jié)點之間的通信信息?？梢詼y試接收和發(fā)送的報文是否與通信協(xié)議中一致。

通過Plotter可以實時顯示并采集相應(yīng)的總線、硬線信號曲線，此采集區(qū)域可以進(jìn)行信號時間相關(guān)數(shù)據(jù)采集。

圖5 上位機(jī)測試管理界面

2.4 仿真測試系統(tǒng)調(diào)試

主動進(jìn)氣格柵與機(jī)柜完成硬線連接、模型完成開發(fā)，進(jìn)行開環(huán)調(diào)試工作，確保控制器輸出控制器信號及需要輸出的反饋信號準(zhǔn)確無誤，確保AGS控制器有一個準(zhǔn)確可靠的測試環(huán)境。

3 測試開發(fā)及試驗驗證

3.1 仿真測試開發(fā)

3.1.1 功能測試開發(fā)

根據(jù)主動進(jìn)氣格柵功能規(guī)范、實際遇到的問題、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等，設(shè)計合理并且覆蓋度高的功能測試用例，確保測試全面有效。其中測試用例的設(shè)計采用等價類劃分、邊界值分析、因果圖法、流程圖法、功能驅(qū)動法、經(jīng)驗測試法等多種方法融合互補(bǔ)［5］。

功能測試用例測試內(nèi)容需要覆蓋：AGS正向和反向功能驗證，各種功能和性能邊界條件的測試，網(wǎng)絡(luò)交互測試，以及電壓適應(yīng)性、電源管理功能測試、掉電復(fù)位工況、極限工況性能測試等幾方面。

3.1.2 故障診斷測試開發(fā)

根據(jù)主動進(jìn)氣格柵診斷規(guī)范、DTC故障碼列表等，設(shè)計相關(guān)的故障診斷測試用例，其中包含電氣類故障和總線類故障。

電氣故障主要包括控制器與傳感器、負(fù)載之間開路或短路故障，總線類故障主要是報文超時或者丟失類故障。測試用例內(nèi)容需要覆蓋：電氣故障工況模擬 （開路、短路到電、短路到電源、線束間互短）、網(wǎng)絡(luò)通信故障模擬（Invalid，高負(fù)載、CRC錯誤、滾碼計數(shù)器錯誤、丟幀模擬、節(jié)點丟失、BUS OFF等）、控制器診斷故障碼DTC記錄策略驗證以及診斷功能測試。

3.2 測試結(jié)果驗證

3.2.1 功能測試結(jié)果驗證

基于構(gòu)建的AGS HIL測試平臺，實現(xiàn)對AGS功能的測試。此小節(jié)主要對邏輯功能及網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行驗證。

此AGS包含一路CAN通信，是在動力CAN網(wǎng)段，此節(jié)點主要與發(fā)動機(jī)節(jié)點、空調(diào)節(jié)點進(jìn)行通信交互，AGS與發(fā)動機(jī)在同一網(wǎng)段直接進(jìn)行通信，空調(diào)節(jié)點總線信息通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)到動力網(wǎng)段。利用測試管理界面中的總線監(jiān)控界面，測試各個節(jié)點的總線通信信息。測試AGS控制器收發(fā)的總線的報文是否與通信協(xié)議一致。圖6為發(fā)動機(jī)節(jié)點發(fā)送給AGS的一幀報文。通過圖6對比通信協(xié)議可以看出，此報文與協(xié)議設(shè)計報文的ID、數(shù)據(jù)長度、信號位分布等信息均保持一致，符合測試要求。

AGS基礎(chǔ)角度功能測試，設(shè)置發(fā)動機(jī)信號與空調(diào)信號為查表參數(shù)，經(jīng)過對比控制器控制電機(jī)角度與表格一致，符合測試要求。

表2為AGS控制角度。在基礎(chǔ)角度基礎(chǔ)上分別測試進(jìn)氣溫度補(bǔ)償控制、低速補(bǔ)償控制、減速補(bǔ)償控制、暖機(jī)控制等功能。如設(shè)置發(fā)動機(jī)水溫為83℃，電機(jī)基礎(chǔ)角度為90%，進(jìn)氣溫度為40℃，電機(jī)無角度補(bǔ)償，設(shè)置車速為0 km／h、10 km／h、20 km／h、30 km／h、50 km／h，電機(jī)理論補(bǔ)償角度分別為40%、30%、20%、20%、20%，理論控制角度為50%、60%、70%、70%、70%，根據(jù)讀取總線數(shù)據(jù)得出AGS控制器發(fā)送的AGS電機(jī)角度控制為51%、59%、70%、70%、69%，電機(jī)模型反饋角度分別為51%、59%、70%、70%、69%。此數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)，符合測試要求。

圖6 CAN交互功能測試

表2 AGS控制角度

3.2.2 故障診斷測試結(jié)果驗證

對控制器進(jìn)行故障配置，可以控制故障的觸發(fā)及恢復(fù)。此節(jié)點的電氣故障有使能信號為故障檢測引腳，功能故障包含CAN總線網(wǎng)絡(luò)仿真故障和模型中配置的AGS電機(jī)堵轉(zhuǎn)、位置無效等故障。

通過測試管理軟件進(jìn)行控制的故障設(shè)置及恢復(fù)，通過dSPACEDCI-CAN工具讀取AGS控制器的故障碼。故障診斷如圖7所示。

圖7 故障診斷示意圖

如AGS初始化成功，處于查表水溫為89℃，此時AGS控制器發(fā)送電機(jī)展開角度為60%，此時模型電機(jī)參數(shù)為展開60%，此時設(shè)置查表水溫為83℃，AGS控制器發(fā)送電機(jī)展開角度為90%，此時在模型中設(shè)置電機(jī)角度保持60%不變，AGS控制器嘗試發(fā)送4次角度更變后，停止發(fā)送角度變化信號，此時AGS控制器不再發(fā)生相應(yīng)其他的控制器信號，保持現(xiàn)狀，并且通過診斷工具可以通過19診斷服務(wù)，讀到相應(yīng)的診斷故障碼為電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障（故障碼：856F00）。對比測試結(jié)果與設(shè)計規(guī)范一致，符合測試要求。診斷工具讀取故障碼如圖8所示。

圖8 故障碼讀取示意圖

4 結(jié)論

本文通過搭建AGS電機(jī)仿真模型，基于dSPACE軟硬件HIL測試平臺，搭建了AGS HIL測試平臺，闡述了AGS HIL驗證的技術(shù)和方法。通過分析主動進(jìn)氣格柵的功能策略及測試結(jié)果分析，實現(xiàn)了對主動進(jìn)氣格柵角度控制及多種故障下的診斷測試。功能及故障診斷測試表明AGS HIL測試縮短了AGS開發(fā)設(shè)計周期，降低了AGS開發(fā)成本，同時為后續(xù)實車驗證提供了反饋驗證的條件。