朱玙熹，崔海峰，劉超

(泛亞汽車技術(shù)中心，上海 201201)

0 引言

近年來汽車小排量化、電動化發(fā)展已經(jīng)成為行業(yè)的主流方向，真空助力器的應(yīng)用逐步受限，電子制動助力器應(yīng)運(yùn)而生，在代替?zhèn)鹘y(tǒng)真空助力器的同時還可以實現(xiàn)再生制動、腳感可調(diào)等高級功能。電動制動助力新技術(shù)在整車的全新應(yīng)用，伴隨而來的是大量測試、調(diào)試工作。硬件在環(huán)試驗可以快速驗證控制器控制邏輯，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間和減少道路試驗[1]。硬件在環(huán)測試的快速建立，則對電動制動助力器的快速開發(fā)、早期驗證有巨大意義。

電動制動助力器代替?zhèn)鹘y(tǒng)真空制動助力器，除了可以對標(biāo)傳統(tǒng)車輛的制動踏板感外，對于電動和混動車輛，還需要通過電機(jī)控制實現(xiàn)再生制動過程中的踏板力補(bǔ)償，伴隨而來的還有產(chǎn)品功能和診斷通信等測試需求。以電動制動助力器在ABS工況下的踏板感覺為例，常規(guī)開發(fā)過程需要結(jié)合ABS、高低附路面、不同車速、再生制動介入等因素進(jìn)行車輛數(shù)據(jù)采集，采集過程受限于環(huán)境、車況等外界因素，且耗費(fèi)較高人力物力，而HILs(Hardware in Loop Simulation)則可以通過模擬路面摩擦因數(shù)、車速注入、直線電機(jī)模擬人腳動作等方式，編譯測試程序讓零件自動化進(jìn)行各種工況下的測試，并生成可視化測試報告，且程序在不同項目中具有通用性。HILs自動化測試在整車前期開發(fā)中扮演越來越重要的角色。

1 電動制動助力器的自動化測試系統(tǒng)簡介

從汽車開發(fā)過程，HILs技術(shù)在電動制動助力器測試和虛擬開發(fā)中的應(yīng)用主要涉及：通信診斷、失效保護(hù)、功能安全、功能邏輯驗證、腳感快速評估、基于VDA 360(Verband der Automobilindustrie 360)的制動系統(tǒng)開發(fā)等。測試系統(tǒng)由上位機(jī)、dSPACE仿真器、電動制動助力器、測試臺架、直線電機(jī)和其他在環(huán)硬件及輔助設(shè)備等6個部分構(gòu)成，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 電動制動助力器的自動化測試系統(tǒng)原理

1.1 上位機(jī)

上位機(jī)用于車輛模型建立、測試案例建立、數(shù)據(jù)采集、實時顯示測試結(jié)果及進(jìn)行結(jié)果處理。

Carsim采用參數(shù)化的車輛模型數(shù)據(jù)庫，省去了用戶建立數(shù)學(xué)模型的一系列復(fù)雜過程，通過選擇車輛組件模塊和配置模塊參數(shù)，方便快速地建立完整的車輛動力學(xué)模型，大大縮短開發(fā)時間[2-3]。

Carsim可與Matlab/Simulink軟件無縫連接，建立車輛動力學(xué)模型的S函數(shù)，實現(xiàn)與車輛物理元件和dSPACE Controldesk之間數(shù)據(jù)和信號的實時交互，同時動態(tài)顯示車輛仿真運(yùn)動過程。

Controldesk和Matlab仿真模型互聯(lián)，則可對模型狀態(tài)進(jìn)行可視化實時控制，并實時查看測試臺架狀態(tài)。

FIU軟件可進(jìn)行各通信和電氣接口的短路、斷路和開路等模擬，以及干擾信號注入，從而實現(xiàn)電動制動助力器的故障診斷測試功能。

Automotion Desk、Matlab以及Synect互聯(lián)，可以調(diào)用相關(guān)模型參數(shù)并編譯自動化注入測試案例生成可視化測試報告。

1.2 dSPACE仿真器

仿真器包含主處理器、數(shù)據(jù)采集卡，配合CAN通信卡可擴(kuò)展至4路CAN通信，在實際使用中可通過結(jié)合主處理器和數(shù)采卡實現(xiàn)雙硬件在環(huán)，同時還可對在環(huán)硬件真實信號進(jìn)行攔截，從而在不改動臺架的前提下可實現(xiàn)單獨(dú)對零部件或?qū)φ麄€在環(huán)制動控制系統(tǒng)進(jìn)行測試。

BOB (Breakout Box，通信盒) 則將相關(guān)硬線I/O引出，配合故障注入模塊，則可通過上位機(jī)對電子電器輸入輸出電信息進(jìn)行修改，從而進(jìn)行電氣故障注入或控制。

1.3 測試臺架

測試臺架包括被測對象電動制動助力器、制動控制模塊、常規(guī)制動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向模擬器、相關(guān)測試傳感器和電子加速踏板，各部分均采用通用夾具安裝，基于通用的軟硬件接口定義，使得測試臺架具有通用性。

電動制動助力器主缸兩出液口和輪缸4個進(jìn)液口安裝6個壓力傳感器，轉(zhuǎn)向模擬器配備轉(zhuǎn)角傳感器，傳感器信號發(fā)送到仿真模型中，結(jié)合在環(huán)硬件的總線信號，形成閉環(huán)控制回路。

測試臺架硬件反饋信號，結(jié)合仿真器閉環(huán)回路控制和Carsim動態(tài)模型，再加上模擬傳感器、電子加速踏板、真實電動制動助力器零部件，使得測試系統(tǒng)可以提供模擬路面駕駛仿真測試。

測試臺架裝有外部診斷端口，可以支持外接設(shè)備診斷及監(jiān)控。

1.4 直線電機(jī)

直線電機(jī)支持位置控制、速度控制、推力控制，可以排除人為因素，精準(zhǔn)控制變量，使得測試具有可重復(fù)性、變量可控性。通過直線電機(jī)控制，可以模擬任意駕駛員制動行為，通過整車仿真模型可以讀取測試案例下的踏板力F以及所建立的制動系統(tǒng)壓力p，結(jié)合車輛模型輸出的制動減速度a以及電動制動助力器發(fā)送的推桿行程，可以實現(xiàn)制動踏板感的測試，如圖2所示。

圖2 電動制動助力器踏板感測試

2 電動制動助力器仿真測試

2.1 故障注入仿真測試

圖3為人機(jī)交互控制面板，圖4為助力器狀態(tài)位總線監(jiān)控界面圖。

圖3 人機(jī)交互控制面板

圖4 助力器狀態(tài)位總線監(jiān)控

利用FIU(Failure Inject Unit)故障注入功能，測試系統(tǒng)可以對電動制動助力器的輸入輸出根據(jù)需求進(jìn)行可控調(diào)節(jié)，從而進(jìn)行特定故障模擬，進(jìn)而快速復(fù)現(xiàn)實車問題、研究產(chǎn)品潛在失效或測試產(chǎn)品是否符合設(shè)計要求，在整車開發(fā)全周期中發(fā)揮著重要作用。

本測試系統(tǒng)可攔截并修改總線信號，進(jìn)行信號級別的故障注入測試；也可以通過dSPACE仿真器將硬線I/O作為變量引入置Matlab模型中，通過Matlab與Control Desk對接，通過可視化控制面板對硬線I/O進(jìn)行控制。

示例測試為針對電動制動助力器進(jìn)行踏板行程傳感器故障注入測試，將踏板行程傳感器。圖3為控制面板，圖4為電動制動助力器工作狀態(tài)監(jiān)控界面圖，狀態(tài)位值3為制動助力器處于無助力模式。在圖3 Control Desk人機(jī)交互控制面板中通過手動調(diào)節(jié)硬件供電電壓，通過監(jiān)控總線零件狀態(tài)標(biāo)志位，進(jìn)而研究零件對高低電壓的響應(yīng)情況。

2.2 自動化故障注入仿真測試

基于第2.1節(jié)的測試，本測試主要進(jìn)行電壓變化的自動化故障注入。測試系統(tǒng)通過修改Matlab模型、FIU軟件、Automation Desk基礎(chǔ)程序及SYNECT編譯，聯(lián)合實現(xiàn)快速自動化測試腳本編寫及運(yùn)行，并生成可視化測試報告。圖5為Automation Desk基礎(chǔ)程序，圖6為SYNECT輸入腳本。將電壓變量加入Matlab，并在Automation Desk加入測試所需的基礎(chǔ)程序包，在SYNECT輸入腳本引用Automation Desk基礎(chǔ)程序，即可實現(xiàn)相應(yīng)的故障注入操作，通過控制等待時間、先后邏輯、條件邏輯等進(jìn)行復(fù)雜連續(xù)高速變化的自動化故障注入測試，可高效穩(wěn)定實現(xiàn)人工無法做到的失效工況。通過條件邏輯實現(xiàn)測試結(jié)果的自動化識別，進(jìn)而體現(xiàn)在可視化測試報告中。

圖5 Automation Desk基礎(chǔ)程序

圖6 SYNECT輸入腳本

圖7為總線監(jiān)控結(jié)果，圖中通過設(shè)備持續(xù)讀取模塊內(nèi)部電壓，并和輸入電壓進(jìn)行對比，防止因?qū)嶋H電壓和控制電壓產(chǎn)生偏差對實驗結(jié)果造成影響，錄取總線狀態(tài)標(biāo)志位，從而監(jiān)控狀態(tài)位變化。

圖7 總線監(jiān)控結(jié)果

圖8為部分可視化自動化故障注入測試報告，內(nèi)含故障注入內(nèi)容、時間及測試結(jié)果等內(nèi)容。

圖8 測試報告結(jié)果

3 結(jié)束語

隨著新能源車輛和智能駕駛車輛的普及，電動制動助力系統(tǒng)電動化和智能化將成為必然趨勢，由此會產(chǎn)生相應(yīng)新技術(shù)、新功能開發(fā)和應(yīng)用測試需求。硬件在環(huán)測試方法可便捷地實現(xiàn)功能測試和故障診斷。同時，為提升開發(fā)效率，自動化測試則是下一個發(fā)展方向。創(chuàng)建及積累自動化硬件在環(huán)測試案例，可以一鍵進(jìn)行零部件及子系統(tǒng)電動制動控制新技術(shù)測試，提高功能開發(fā)和集成效率，縮短開發(fā)周期。該測試系統(tǒng)還可與其他電控系統(tǒng)硬件臺架進(jìn)行聯(lián)通，實現(xiàn)多系統(tǒng)復(fù)合硬件在環(huán)自動化測試，為未來整車電控系統(tǒng)集成控制、開發(fā)打下基礎(chǔ)。