一種車身控制器邏輯功能測試系統(tǒng)

車曉波，莊汝科，劉曉建

(山東省汽車電子技術(shù)重點實驗室，山東省科學(xué)院自動化研究所，山東 濟南 250014)

車身控制器(body control module，BCM)作為車身控制系統(tǒng)的核心裝置之一，主要用于提高操控的方便性和乘坐的舒適性，其控制范圍涵蓋燈光、車門、雨刮、儀表等。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和車身電控單元數(shù)量的增多，BCM 承載的功能越來越復(fù)雜，如何保證BCM 控制功能的正確性和可靠性是產(chǎn)品開發(fā)過程中的一個難點。國外汽車廠商和機構(gòu)已經(jīng)對BCM 功能測試技術(shù)開展了廣泛研究，形成了如TestML、CTE 等測試用例生成工具，通過應(yīng)用dSPACE、MATLAB/Simulink、Rhapsody 等控制系統(tǒng)開發(fā)工具進行仿真測試也取得了一些成果，形成了各自的解決方案［1-4］，但是國內(nèi)廠商在使用這些方案時，通常需要支付昂貴的軟硬件費用。國內(nèi)機構(gòu)針對BCM 功能測試也做過很多探索，對測試用例生成方法［5-7］、基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)［8-10］等方面都開展過研究。目前測試手段已經(jīng)擺脫了在原型車中進行的方式，半自動化、自動化的測試流程成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。對于汽車廠家而言，通常都根據(jù)自己的車型進行BCM 功能定義，運用國外測試方案不可避免地存在著周期長、費用高、擴展難等不利因素，甚至無法直接套用國外技術(shù)。因此，掌握一種BCM 功能測試技術(shù)，對于提高汽車廠家的自主研發(fā)能力具有重要意義。

硬件在環(huán)仿真是自動化測試系統(tǒng)常用的技術(shù)手段之一，利用計算機運行仿真模型取代BCM 的控制流程，再將BCM 的輸出回路反饋給計算機形成一個閉環(huán)的測試系統(tǒng)，該方法使測試具有可重復(fù)性、外部條件可控制、可進行臨界測試和極限測試等優(yōu)點。本文介紹了一種通用的BCM 硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。

1 測試功能需求分析

BCM 工作時通過自身的I/O 接口或總線接收車內(nèi)的開關(guān)信號、傳感器信號以及CAN/LIN 總線信號等，然后按照預(yù)先定義的控制邏輯，通過驅(qū)動電路實現(xiàn)對外圍負載的控制。BCM 功能測試的主要目的是驗證BCM 在不同操作下的響應(yīng)是否達到設(shè)計要求，系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，硬件部分應(yīng)具備模擬實車環(huán)境為BCM 提供所需的輸入電平信號，同時對BCM 的反饋信號進行在線檢測的能力。軟件部分主要指上位機軟件，能夠模擬人工操作、機構(gòu)指示和實車負載，檢測BCM 的運行狀態(tài)和行車參數(shù)，提供與BCM 設(shè)計要求相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)項。同時系統(tǒng)應(yīng)具備操作靈活、開發(fā)周期短、系統(tǒng)易擴展等特點。

2 測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基于以上分析，BCM 邏輯功能測試系統(tǒng)將按如下思路實現(xiàn)。首先在計算機上開發(fā)人機操作界面和分析平臺，用于模擬人工操作和分析測試結(jié)果;其次，為計算機接入數(shù)據(jù)發(fā)生和接收裝置，將人機界面的操作轉(zhuǎn)換為控制信號發(fā)送給BCM;然后，將BCM 的輸出信號經(jīng)數(shù)據(jù)接收裝置反饋給計算機形成閉合環(huán)路，用以檢驗BCM 的行為是否滿足功能需求。

2.1 硬件測試系統(tǒng)

BCM 功能測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括計算機部分、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、調(diào)理電路、電源、待測控制器等。

圖1 測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Total structure block diagram of the test system

2.1.1 計算機部分

計算機部分包括工控機、數(shù)據(jù)采集板卡和顯示終端，工控機用于運行BCM 控制模型，是人機交互的主要平臺，模型采用National Instruments 公司的La bview 軟件實現(xiàn)，借助其數(shù)據(jù)流編程特性和Labview Real-Time 工具對嵌入式設(shè)備的支持，使系統(tǒng)更容易構(gòu)建、修改和擴展。相對于其他工具如dSPACE、MicroAutoBox，本系統(tǒng)可以根據(jù)不同的任務(wù)需求，通過更換、升級板卡、增加虛擬儀器快速實現(xiàn)系統(tǒng)的升級換代。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備

數(shù)據(jù)采集設(shè)備是連接計算機與待測BCM 之間的橋梁，用于傳遞來自計算機的控制命令，并接收BCM 的反饋信號。根據(jù)所處理信號類型的不同，數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括數(shù)字I/O、模擬I/O、CAN/LIN 通訊設(shè)備等。設(shè)備與計算機之間采用插卡式連接，每一種設(shè)備是一種插卡，利用Labview 對實時操作系統(tǒng)和嵌入式設(shè)備的良好支持，可以在計算機上實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集設(shè)備的靈活控制，既保證了性能，又能采用不同硬件實現(xiàn)更多功能。

2.1.3 調(diào)理電路

調(diào)理電路用于將BCM 信號調(diào)理到板卡所能接受的范圍。如模擬、數(shù)字、脈沖電平電壓調(diào)制，信號濾波、放大調(diào)制等。例如，BCM 的有效電平通常是0～12 V，對于不能提供0～12 V 電壓信號的I/O 設(shè)備需要外接上拉/下拉電路加強驅(qū)動能力，以滿足BCM 的要求。

2.2 單項功能測試

由于BCM 功能很多，這里不能一一列舉，下面以轉(zhuǎn)向燈測試為例對系統(tǒng)測試方法、BCM 信號控制進行說明。

轉(zhuǎn)向燈的行為包括單獨閃爍和雙閃兩種，就左轉(zhuǎn)向燈單獨閃爍功能而言，具體要求是:當(dāng)滿足車速大于30 km/h、點火鑰匙處于ON 檔位置、危險警示信號有效，同時左轉(zhuǎn)向開關(guān)閉合時，左轉(zhuǎn)向燈單獨閃爍。

由于對BCM 的邏輯功能測試過程也是通過計算機控制BCM 輸入信號并分析反饋信號的過程，因此，測試前需要對BCM 的信號類型及其控制和測試方法進行分析。

轉(zhuǎn)向燈功能涉及4 路輸入和1 路輸出信號，均為數(shù)字信號，采用NI PCI-6515 數(shù)字采集卡作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，該設(shè)備提供64 通道隔離數(shù)字I/O 接口，內(nèi)部具有可靠的工業(yè)24 V 邏輯閾值，外部輸出電壓在0～30 V內(nèi)可調(diào)，可以完成開關(guān)量輸入輸出、脈沖信號模擬。

其中點火鑰匙、危險警示、左轉(zhuǎn)向開關(guān)信號3 路屬于開關(guān)量輸入信號，開關(guān)量信號接口電路如圖2 所示，輸入均為低電平有效，當(dāng)In 引腳懸空或者為高電平時，由于12 V 電源端(P12Vcon)的存在使Out 引腳保持高電平，當(dāng)In 引腳處于低電平時，Out 引腳轉(zhuǎn)為低電平。這樣計算機可以通過數(shù)字I/O 設(shè)備控制In 引腳來操縱開關(guān)的關(guān)斷。另一路車速輸入表現(xiàn)為方波信號，接口電路見圖2，根據(jù)車速與方波頻率的換算關(guān)系(車速=方波頻率×速度因子)，可以得到波形的頻率參數(shù)，同理可以通過控制數(shù)字I/O 設(shè)備輸出一個準(zhǔn)確的方波信號。考慮到車速是一個連續(xù)變化的值，無法在所有可能的車速條件下都進行測試，可以在臨界條件附近選取幾個離散的點如29.5 km/h，30 km/h，30.5 km/h 進行測試。左轉(zhuǎn)向燈輸出(Left_Out)為開關(guān)量信號，接口電路見圖3，Left_Out 端輸出信號將通過數(shù)字I/O設(shè)備反饋給計算機，其狀態(tài)以虛擬車燈的形式顯示出來，用于觀察和分析該項功能的完成情況。

圖4 BCM 測試軟件界面Fig.4 BCM testing software interface

3 系統(tǒng)軟件與測試結(jié)果

3.1 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件在計算機上為用戶提供了一個虛擬的操作界面(圖4)，按功能可劃分為門鎖控制、外部燈光控制、雨刮控制、除霜控制、防盜報警控制及警示指示燈控制等;界面元素包括各種控制輸入的滑動開關(guān)、控制速度的旋鈕、顯示BCM 反饋信號的LED 燈以及關(guān)鍵的統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。在進行測試操作之前，首先需要配置數(shù)字I/O設(shè)備端口與被測BCM 端口之間的關(guān)聯(lián)表，通過關(guān)聯(lián)表建立起兩者之間的一一對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)用戶操作界面上的控件時，計算機通過驅(qū)動數(shù)字I/O 設(shè)備輸出更新的控件值到相應(yīng)的BCM 端口，實現(xiàn)對BCM 的控制，同時BCM 的輸出狀態(tài)將在界面上以圖形的方式顯示出來。

在測試時，為了保證測試工作的準(zhǔn)確性，應(yīng)著重從以下三個方面進行考核:

(1)控制功能測試:模擬駕駛行為輸入，利用控件對BCM 對象(比如門鎖、外部燈光等)模擬操作，進行BCM 完整控制策略的驗證，通過反饋信號的狀態(tài)判斷BCM 動作是否符合預(yù)期要求;

(2)性能測試:對時間或者動作次數(shù)有要求的功能項，比如期望轉(zhuǎn)向燈正常閃爍頻率為86 次/s，需要對相關(guān)功能項進行多次測試，對響應(yīng)結(jié)果的穩(wěn)定性、可靠性、實時性等進行驗證;

(3)無效測試:通過手工或者自動注入方式，使被測功能項中若干輸入條件中的一個或者幾個無效，或者添加與待測功能項無關(guān)的激勵，檢測BCM 的輸出狀態(tài)變化，實現(xiàn)對無效功能的測試。

3.2 測試結(jié)果

利用該系統(tǒng)對某車型BCM 邏輯功能進行了硬件在環(huán)測試，測試過程中發(fā)現(xiàn)的問題如表1 所示。

表1 BCM 功能測試結(jié)果(僅列出部分有問題的測試項)Table 1 BCM functional test results (Only some questioning test items listed)

被測的BCM 功能有56 項，通過測試發(fā)現(xiàn)其中12 項存在不同程度的邏輯問題，其中控制功能問題7 項，性能問題5 項。測試結(jié)果為產(chǎn)品質(zhì)量的改進和提高提供了科學(xué)依據(jù)。整個測試過程均可通過計算機完成，與實車測試相比，簡化了操作，縮短了測試周期。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)主要用于BCM 邏輯功能測試，系統(tǒng)使用方便簡單，可以模擬實車環(huán)境，實現(xiàn)在線測試。通過適當(dāng)擴展升級可以完成大型、復(fù)雜的測試任務(wù)，并且系統(tǒng)成本低、可靠性高，在BCM 產(chǎn)品以及其他電子類產(chǎn)品的功能測試方面具有推廣價值。

隨著BCM 集成的功能越來越復(fù)雜，對測試系統(tǒng)的要求也愈加嚴(yán)格。在下一步的工作中，一方面要進行完善的測試用例設(shè)計，建立測試用例生成機制，對于需要多輸入的功能項，既能剔除無效的用例提高測試效率，也能夠通過改變輸入條件的多種組合擴大測試覆蓋范圍;另一方面，要建立BCM 測試評價標(biāo)準(zhǔn)、測試規(guī)范和測試流程，使測試工作趨向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

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