梁瑋　李星望　付吉

【摘? 要】為保證汽車車機(jī)與空調(diào)交互功能的可靠性，分析車機(jī)與空調(diào)的交互控制策略，基于dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)車機(jī)與空調(diào)HIL交互測(cè)試方案，利用車機(jī)、空調(diào)的接口定義表進(jìn)行I/O模型配置，并建立資源映射關(guān)系的信號(hào)列表，按照交互控制功能模塊開發(fā)上位機(jī)測(cè)試界面，根據(jù)功能設(shè)計(jì)規(guī)范開發(fā)測(cè)試用例，通過上位機(jī)模擬車機(jī)與空調(diào)交互的各種工況。經(jīng)驗(yàn)證，車機(jī)與空調(diào)交互功能測(cè)試和故障診斷測(cè)試通過，確保了車機(jī)與空調(diào)的交互功能和故障診斷功能的可靠性。

【關(guān)鍵詞】交互測(cè)試；HIL；車機(jī)；空調(diào)

中圖分類號(hào)：U463.851? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）06-0084-04

Study on HIL Interaction Test Between Entertainment Communication System and Air Conditioning

LIANG Wei，LI Xing-wang，F(xiàn)U Ji

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】In order to ensure the reliability of the interactive function between the entertainment communication system and air conditioning，the interactive control strategy between the entertainment communication system and air conditioning was analyzed. Based on dSPACE real-time system，HIL interactive test scheme between the entertainment communication system and air conditioner was designed，and the interface definition table between the entertainment communication system and air conditioning was used to configure the I/O model，and the signal list of resource mapping relationship was established. According to the interactive control function module，the upper computer test interface was developed. According to the functional design specification，the test cases were developed. It has been verified that the interactive function test and fault diagnosis test of the entertainment communication system and air conditioning were passed，which ensured the reliability of the interactive function and fault diagnosis function of the entertainment communication system and air conditioning.

【Key words】interaction testing；HIL；entertainment communication system；air conditioning

1? 引言

智能網(wǎng)聯(lián)成為汽車行業(yè)新趨勢(shì)，汽車電子電器功能高速增長(zhǎng)帶來更高的軟件故障率風(fēng)險(xiǎn)，與用戶高頻交互的車機(jī)、空調(diào)等電控系統(tǒng)一旦發(fā)生故障將嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。廣州汽車集團(tuán)的黃欣等人[1]，美的集團(tuán)的李日新等人[2]，江淮汽車集團(tuán)的蒯家琛等人[3]均通過HIL測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證空調(diào)系統(tǒng)的控制策略。廣州汽車集團(tuán)的鄭淳允等人[4]通過自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)驗(yàn)證汽車車機(jī)的功能策略。由以上研究可知，傳統(tǒng)的電子控制器單體測(cè)試已經(jīng)很成熟，具備完整的軟硬件、系統(tǒng)驗(yàn)證流程，然而經(jīng)過測(cè)試的控制器匹配整車后仍會(huì)產(chǎn)生很多與其他控制器的交互問題，因?yàn)榭刂破鲉误w測(cè)試沒有考慮實(shí)車環(huán)境下多域多控制器交互的場(chǎng)景，無法復(fù)現(xiàn)實(shí)車完整故障環(huán)境。因此，多控制器交互測(cè)試成為HIL測(cè)試新方向。

HIL（Hardware In the Loop），即硬件在環(huán)，硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)是以I/O板卡與被測(cè)電控單元的引腳連接，通過實(shí)時(shí)處理器運(yùn)行I/O模型和物理模型構(gòu)建被控對(duì)象的測(cè)試環(huán)境，對(duì)被測(cè)電控單元進(jìn)行各種工況的功能、性能測(cè)試[5]。硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)可以進(jìn)行充分的控制器邏輯和極限工況驗(yàn)證，不會(huì)對(duì)車輛、零件和試驗(yàn)人員造成危害，減少實(shí)車測(cè)試問題數(shù)量，提前在電控系統(tǒng)開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)問題；快速重現(xiàn)用戶使用場(chǎng)景中復(fù)雜的故障模式，將售后問題添加到測(cè)試用例庫，保證相同的售后問題不再發(fā)生；實(shí)現(xiàn)全天候的自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試效率遠(yuǎn)高于實(shí)車手動(dòng)測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)軟件功能的快速迭代[6]。

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，空調(diào)系統(tǒng)也逐漸向智能化發(fā)展，空調(diào)操作由傳統(tǒng)的機(jī)械旋鈕、按鍵逐步向網(wǎng)聯(lián)車機(jī)觸屏控制過渡。本文基于HIL測(cè)試方法，通過dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)搭建網(wǎng)聯(lián)車機(jī)與自動(dòng)空調(diào)交互的測(cè)試環(huán)境，對(duì)車機(jī)、空調(diào)交互控制策略進(jìn)行驗(yàn)證。

2? 車機(jī)與空調(diào)交互控制原理

本文空調(diào)為自動(dòng)空調(diào)。車機(jī)與空調(diào)采用CAN網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)車機(jī)與空調(diào)的信息交互。車機(jī)負(fù)責(zé)空調(diào)功能的操作及顯示，空調(diào)控制邏輯則在空調(diào)控制模塊實(shí)現(xiàn)。通過操作空調(diào)面板或點(diǎn)擊車機(jī)屏幕導(dǎo)航欄的空調(diào)圖標(biāo)進(jìn)入車機(jī)的空調(diào)控制頁面，空調(diào)控制包含風(fēng)量調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、吹風(fēng)模式、循環(huán)模式等功能。

操作車機(jī)屏幕的空調(diào)控制圖標(biāo)，信號(hào)通過CAN通信發(fā)給空調(diào)控制模塊?？照{(diào)控制模塊接收到信號(hào)后，結(jié)合采集的傳感器硬線信號(hào)及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的CAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的溫度、風(fēng)量、出風(fēng)模式、換氣、壓縮機(jī)、負(fù)離子發(fā)生器等進(jìn)行自動(dòng)控制，以滿足用戶對(duì)空調(diào)舒適性體驗(yàn)的需求?？照{(diào)控制模塊將當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)通過CAN通信反饋給車機(jī)，車機(jī)接收到信號(hào)，將相應(yīng)的空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)顯示到車機(jī)屏幕上。同時(shí)空調(diào)控制模塊也會(huì)將當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)通過LIN通信反饋給空調(diào)面板，將空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)顯示在空調(diào)面板上。車機(jī)與空調(diào)控制模塊的交互原理圖如圖1所示。

3? 車機(jī)與空調(diào)交互測(cè)試實(shí)時(shí)系統(tǒng)方案

3.1? 系統(tǒng)架構(gòu)

HIL實(shí)時(shí)系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn)在控制器，因此在車機(jī)與空調(diào)的交互測(cè)試系統(tǒng)中，車機(jī)控制器和空調(diào)控制模塊、空調(diào)控制面板、空調(diào)箱（電機(jī)執(zhí)行器）均為實(shí)物，而電控系統(tǒng)其他元素如傳感器、CAN均采用仿真的形式。

車機(jī)與空調(diào)HIL交互測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，通過dSPACE SCALEXIO技術(shù)構(gòu)建車機(jī)與空調(diào)HIL交互測(cè)試系統(tǒng)。利用機(jī)柜的多功能I/O板卡模擬空調(diào)控制模塊的傳感器輸入信號(hào)以及采集空調(diào)控制模塊驅(qū)動(dòng)空調(diào)箱的控制信號(hào)，CAN通信板卡模擬CAN網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)的CAN信號(hào)，空調(diào)控制模塊和車機(jī)控制器通過CAN線通信，空調(diào)控制模塊和空調(diào)面板通過LIN線通信，車機(jī)控制器通過LVDS線將圖像信號(hào)傳輸?shù)杰嚈C(jī)屏幕顯示，上位機(jī)通過光纖與機(jī)柜通信，并進(jìn)行實(shí)時(shí)硬件的圖形化管理、虛擬儀表顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)控及分析、變量及參數(shù)的可視化管理、故障注入及診斷等。

3.2? I/O配置

HIL測(cè)試系統(tǒng)的I/O配置由Simulink I/O模型和信號(hào)列表共同完成，其基本思路是通過模型配置管理機(jī)柜的板卡資源分配，建立板卡ID、板卡信號(hào)、I/O信號(hào)通道和控制器引腳的追溯關(guān)系，配置I/O特性，形成信號(hào)列表，在項(xiàng)目過程中控制器引腳發(fā)生變更時(shí)，可以快速適應(yīng)變化。其中RTICANMM是CAN總線仿真模塊，在模塊中可導(dǎo)入DBC文件，可仿真網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送的報(bào)文，模擬校驗(yàn)和Checksum和計(jì)數(shù)器Counter，通過修改報(bào)文周期、控制報(bào)文收發(fā)實(shí)現(xiàn)CAN通信的故障注入仿真[7]。

RTI（Real-Time Interface）模塊是連接Simulink I/O模型和dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)的橋梁。RTI對(duì)Simulink庫進(jìn)行了擴(kuò)展，無需手寫代碼，只需要連接RTI庫里的框圖即可實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O接口的初始化配置。完成I/O模型的開發(fā)和參數(shù)配置后，點(diǎn)擊Simulink的“Build Model”按鍵，RTI即可自動(dòng)生成代碼并編譯下載到實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)從Simulink模型到dSPACE實(shí)時(shí)硬件代碼的無縫自動(dòng)下載。而I/O模型中配置的所有信號(hào)和參數(shù)可通過RTI編譯時(shí)生成的變量文件，由上位機(jī)軟件ControlDesk調(diào)用及更改。

HIL測(cè)試系統(tǒng)使用了DS2211和DS4004等板卡，用于電源、傳感器信號(hào)、CAN/LIN信號(hào)仿真以及控制信號(hào)采集。如圖3所示，車機(jī)控制器與空調(diào)控制模塊的I/O模型配置了數(shù)字輸入輸出通道（DIG_IN/DIG_OUT）、電阻通道（RES）、模擬信號(hào)采集通道（ADC）、CAN和LIN通信通道。表1為空調(diào)控制模塊的部分信號(hào)列表，定義了控制器每個(gè)引腳、機(jī)柜插接件引腳、板卡通道之間的聯(lián)系。

3.3? 測(cè)試界面開發(fā)

上位機(jī)軟件ControlDesk是HIL測(cè)試過程的綜合管理軟件。利用ControlDesk可實(shí)現(xiàn)以下功能。

1）對(duì)板卡的圖形化管理。ControlDesk對(duì)板卡進(jìn)行注冊(cè)管理，檢查內(nèi)存的大小以及處理器的時(shí)鐘頻率，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)程序的下載，控制實(shí)時(shí)系統(tǒng)的啟動(dòng)及停止，并監(jiān)視硬件故障。

2）建立試驗(yàn)管理虛擬儀表。通過虛擬儀表實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行過程中調(diào)整被測(cè)控制器的輸入?yún)?shù)，記錄測(cè)試過程數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。

3）變量的可視化管理?？赏ㄟ^拖拽方式實(shí)現(xiàn)RTI生成變量文件的圖形化訪問，并建立變量與虛擬儀表的關(guān)聯(lián)。除了一般的信號(hào)變量外，還可以訪問程序執(zhí)行時(shí)間、采樣時(shí)間、中斷優(yōu)先級(jí)等實(shí)時(shí)變量。

4）參數(shù)的可視化管理。通過變量樹生成參數(shù)文件并進(jìn)行參數(shù)批量更改，依次調(diào)入不同參數(shù)文件以驗(yàn)證參數(shù)對(duì)測(cè)試的影響。

5）測(cè)試自動(dòng)化。可編制自動(dòng)化腳本對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化功能進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。

6）故障注入仿真測(cè)試。在故障注入窗口可操作故障注入板卡模擬被測(cè)控制器的線路故障，包括開路、對(duì)搭鐵短路、對(duì)電源短路、對(duì)其他信號(hào)短路。

7）按照車機(jī)與空調(diào)的交互控制策略將測(cè)試界面模塊化劃分，如圖4所示，包括電源、吹風(fēng)模式、風(fēng)量調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、循環(huán)模式等。各測(cè)試界面模塊設(shè)置對(duì)應(yīng)的傳感器信號(hào)輸入控件和控制信號(hào)監(jiān)測(cè)控件。通過CAN配置模塊生成CAN信號(hào)仿真和監(jiān)測(cè)控件，仿真其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的CAN信號(hào)，監(jiān)測(cè)車機(jī)與空調(diào)交互的CAN信號(hào)。故障注入界面設(shè)置信號(hào)對(duì)搭鐵短路、對(duì)電源短路、開路等故障模式[8]。

3.4? 開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試

開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試的主要工作是對(duì)控制器與HIL機(jī)柜板卡的接口進(jìn)行一致性測(cè)試，確保板卡仿真的傳感器信號(hào)與控制器內(nèi)部收到的一致，板卡采集的執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)信號(hào)與控制器內(nèi)部發(fā)出的一致。以環(huán)境溫度傳感器仿真為例，完成空調(diào)控制模塊的I/O模型配置和測(cè)試界面開發(fā)后，在上位機(jī)界面輸入環(huán)境溫度傳感器的仿真值，通過CAN配置模塊讀取空調(diào)控制模塊發(fā)送的環(huán)境溫度CAN信號(hào)，若兩者的值相等，則環(huán)境溫度仿真通道的開環(huán)調(diào)試成功，其他通道同理。

4? 測(cè)試用例開發(fā)

按照車機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)功能規(guī)范開發(fā)交互控制測(cè)試用例，將測(cè)試用例分為12個(gè)需求覆蓋點(diǎn)：空調(diào)開啟及彈窗策略、溫度設(shè)置、風(fēng)量調(diào)節(jié)、循環(huán)模式調(diào)節(jié)、A/C調(diào)節(jié)、空調(diào)開關(guān)、auto調(diào)節(jié)、吹風(fēng)模式調(diào)節(jié)、前除霜調(diào)節(jié)、后除霜調(diào)節(jié)、空調(diào)小綠葉和情景模式。

每個(gè)需求覆蓋點(diǎn)的測(cè)試用例按照開發(fā)思路又分為：正向功能測(cè)試、壓力測(cè)試、故障注入和失效模式測(cè)試、用戶體驗(yàn)測(cè)試、歷史問題及場(chǎng)景測(cè)試。

測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法通常采用等價(jià)類劃分法、邊界值法、枚舉法、場(chǎng)景分析法、因果法、狀態(tài)轉(zhuǎn)移法、錯(cuò)誤猜測(cè)法等。

5? 測(cè)試實(shí)施

基于搭建的車機(jī)、空調(diào)交互測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)車機(jī)、空調(diào)的交互功能、故障診斷功能開展測(cè)試。

5.1? 交互功能測(cè)試

5.1.1? 溫度調(diào)節(jié)

前置條件：電源供電13.5V，點(diǎn)火開關(guān)為ON，車機(jī)處于空調(diào)控制界面，空調(diào)控制溫度設(shè)為20℃。

操作車機(jī)溫度加減圖標(biāo)，車機(jī)通過CAN通信發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)給空調(diào)控制模塊，空調(diào)控制模塊進(jìn)行處理后將溫度狀態(tài)信號(hào)通過CAN反饋給車機(jī)，通過LIN反饋給空調(diào)面板并顯示相應(yīng)溫度。點(diǎn)擊溫度“+”圖標(biāo)一次，設(shè)定溫度增加0.5℃；點(diǎn)擊溫度“-”圖標(biāo)一次，設(shè)定溫度減少0.5℃。測(cè)試結(jié)果如圖5所示，測(cè)試結(jié)果表明車機(jī)能夠正確識(shí)別駕駛員溫度加減操作，空調(diào)控制模塊能夠正確接收車機(jī)發(fā)出的溫度調(diào)節(jié)信號(hào)，并執(zhí)行溫度調(diào)節(jié)動(dòng)作，車機(jī)與空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)交互功能正常運(yùn)行。

5.1.2? 內(nèi)外循模式

前置條件：電源供電13.5V，點(diǎn)火開關(guān)為ON，車機(jī)處于空調(diào)控制界面，當(dāng)前循環(huán)狀態(tài)為外循環(huán)。

點(diǎn)擊車機(jī)循環(huán)模式圖標(biāo)，車機(jī)通過CAN通信發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)給空調(diào)控制模塊，空調(diào)控制模塊進(jìn)行處理后將內(nèi)外循環(huán)狀態(tài)信號(hào)通過CAN反饋給車機(jī)，通過LIN反饋給空調(diào)面板，工作指示燈顯示相應(yīng)的工作狀態(tài)。測(cè)試結(jié)果如圖6所示，車機(jī)能夠正確識(shí)別駕駛員內(nèi)外循環(huán)切換操作，空調(diào)控制模塊能夠正確接收車機(jī)發(fā)出的內(nèi)外循控制信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)循環(huán)電機(jī)動(dòng)作，將最新內(nèi)外循狀態(tài)更新到面板上。測(cè)試結(jié)果表明車機(jī)與空調(diào)的內(nèi)外循切換交互功能正常運(yùn)行。

5.2? 故障診斷測(cè)試

前置條件：電源供電12V，點(diǎn)火開關(guān)為ON，總線正常通信，清除故障碼。

當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)電壓持續(xù)500ms為0V時(shí)，空調(diào)控制模塊記錄故障碼，并將車外環(huán)境溫度設(shè)為20℃。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)電壓持續(xù)500ms≥0.05V時(shí)故障恢復(fù)。診斷工具發(fā)出清除故障碼指令或經(jīng)過40次無故障操作循環(huán)（點(diǎn)火鑰匙從ON～OFF）后，歷史故障診斷碼被清除。測(cè)試結(jié)果如表2所示，測(cè)試結(jié)果表明空調(diào)控制模塊的環(huán)境溫度傳感器對(duì)搭鐵短路故障診斷功能正常運(yùn)行。

6? 結(jié)論

本文介紹了汽車網(wǎng)聯(lián)車機(jī)與自動(dòng)空調(diào)的交互控制策略，基于dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)建了車機(jī)與空調(diào)的HIL交互測(cè)試系統(tǒng)，并說明了構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)的每個(gè)流程環(huán)節(jié)，根據(jù)車機(jī)、空調(diào)的功能規(guī)范開發(fā)測(cè)試用例，最后按照測(cè)試用例對(duì)車機(jī)、空調(diào)的交互控制功能進(jìn)行了驗(yàn)證。

構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)的HIL交互測(cè)試系統(tǒng)與單節(jié)點(diǎn)HIL測(cè)試系統(tǒng)相比更接近實(shí)車環(huán)境，能夠快速重現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)車故障模式，充分驗(yàn)證單節(jié)點(diǎn)無法測(cè)試的交互控制邏輯和實(shí)車難以測(cè)試的故障診斷工況。

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（編輯? 楊? 景）