HIL測試在新能源車整車控制策略測試中的應用

宋冰劉震劉義強劉佳李亭亭

（1.華晨汽車工程研究院電控工程室；2.華晨汽車工程研究院新能源工程室）

電機、電池、電控是新能源汽車的三大核心技術，因此整車廠必須掌握作為核心技術之一的整車控制模型開發(fā)[1]。根據(jù)國內外整車廠及零部件廠的開發(fā)經驗，為了保證整車控制模型開發(fā)過程的正確性，必須遵循國際通用的V開發(fā)流程。該流程中，整車控制模型開發(fā)階段需要經歷需求分析、應用層軟件設計、應用層軟件實現(xiàn)；驗證階段需要經歷模型測試、系統(tǒng)集成測試、整車測試。驗證階段的測試項目是對V流程開發(fā)階段項目進行的功能驗證。其中的系統(tǒng)集成測試采用硬件在環(huán)設備（HIL），將已經下載整車控制模型的整車控制器與之連接，HIL設備內部有虛擬的影響整車控制器工作的所有模型，能夠全面測試整車控制器的軟硬件[2-3]。文章對HIL測試在新能源車整車控制策略測試中的應用進行了介紹。

1 HIL測試之前的輸入條件

整車控制策略中，加速踏板信號處理策略對于整車駕駛性來說是一個比較重要的模塊，文章以加速踏板信號處理策略為基礎進行集成測試。

在進行加速踏板信號處理策略測試前，首先獲得加速踏板傳感器的相關參數(shù)，以便在HIL上更加確切地模擬出加速踏板傳感器的輸入情況。圖1示出某型號加速踏板傳感器特性曲線。從圖1中可以看出，2路加速踏板信號起始位置有±2%的誤差，終止位置有±3%的誤差。加速踏板說明書中給出了2路輸出電壓的范圍，第1路輸出電壓范圍為0.75～4.445 V，第2路輸出電壓范圍為0.375～2.225 V。其次獲得加速踏板信號處理策略設計需求文檔，從設計需求文檔中可以獲知，加速踏板信號處理策略由6個部分組成：踏板數(shù)字輸入信號至踏板開度信號的轉換、輸入信號的校核、信號失效檢測、信號失效處理、信號濾波、加速踏板狀態(tài)及變化率計算及故障信息存儲。圖2示出各組成部分對輸入信號的處理方式。

2 根據(jù)輸入條件設計測試用例

通過輸入條件分析，設計3項測試用例，驗證加速踏板信號處理策略在系統(tǒng)集成測試時是否有缺陷。

2.1 信號相關性測試

此設計是基于某型號加速踏板參數(shù)設計，該加速踏板2路信號的線性度起始位置分別為（15±2）%，（7.5±2）%，線性度終止位置分別為（91.8±3）%，（45.9±3）%。因此設計測試用例時，每路信號設計3種情 況 ， 分 別 為 AccPedal_Normal，AccPedal_Max，AccPedal_Min，如圖3所示。

圖3中，AccPedal_Normal是正常情況下加速踏板的開度與輸出電壓的對應關系；AccPedal_Max是加速踏板信號為最大限值時的開度與輸出電壓的對應關系；AccPedal_Min是踏板信號最小限值時的開度與輸出電壓的對應關系。

測試過程有9種組合方式：

1）AccPedal_Normal_1 與 AccPedal_Normal_2；

2）AccPedal_Normal_1 與 AccPedal_Max_2；

3）AccPedal_Normal_1 與 AccPedal_Min_2；

4）AccPedal_Max_1 與 AccPedal_Normal_2；

5）AccPedal_Max_1 與 AccPedal_Max_2；

6）AccPedal_Max_1 與 AccPedal_Min_2；

7）AccPedal_Min_1 與 AccPedal_Normal_2；

8）AccPedal_Min_1 與 AccPedal_Max_2；

9）AccPedal_Min_1 與 AccPedal_Min_2。

該9種組合方式能夠完全涵蓋正常傳感器的輸出情況，在HIL的上位機操作頁面上對每路加速踏板的3種情況進行配置，能夠得到9種組合的結果，通過對9種結果進行分析，組合方式3，7，8未通過測試。

1）組合方式3。測試結果為：怠速5.1 km/h；整車控制器內部策略（VMS）發(fā)送的油門踏板開度在16%以下，可以加速，但如果≥16%，VMS發(fā)送的油門踏板開度自動變?yōu)?，測試不通過。

2）組合方式7。測試結果為：怠速5.1 km/h；VMS發(fā)送的油門開度在9%以下，可以加速，但如果≥9%，VMS發(fā)送的油門開度自動變?yōu)?，測試不通過。

3）組合方式8。測試結果為：怠速5.1 km/h；VMS發(fā)送的油門開度在82%以下，可以加速，但如果≥82%，VMS發(fā)送的油門開度自動變?yōu)?，測試不通過。

從測試結果可以看出，以上3種組合方式測出加速踏板信號處理策略缺陷。給出的測試建議為：VMS應該滿足在油門踏板的線性誤差內均能正常響應加速踏板動作，而不是對開度進行限制。

2.2 整車控制器對油門踏板故障注入后的響應

根據(jù)輸入條件所述，加速踏板2路模擬量信號其中有一路出現(xiàn)短地或短電源的情況，將對加速踏板的開度做限幅處理，最大為25%；如果2路信號均出現(xiàn)短地斷電源的情況，則將踏板開度限制到0。以此為依據(jù)，在HIL的上位機操作頁面上進行設置，得出如下測試結果：

1）當2路信號分別短接GND時，操作加速踏板開度能限制到25%。如果都接地，整車控制器不響應加速踏板開度，汽車只能怠速，滿足設計需求。

2）當2路信號分別短接電源（即2路信號電壓≥4.7 V）時，操作加速踏板開度能限制到25%。如果都接地，整車控制器不響應加速踏板開度，汽車只能怠速，滿足設計需求。

3）當2路信號分別斷開時，操作加速踏板開度能限制到25%。如果都接地，整車控制器不響應加速踏板開度，汽車只能怠速，滿足設計需求。

4）模擬加速踏板傳感器損壞，某一路輸出為定值，另一路正常。當?shù)?路信號與第2路信號達到2倍關系時，汽車會突然加速，造成安全隱患，此種測試用例條件下，加速踏板控制策略未考慮到此種特殊情況，測試人員需要把該風險反饋給策略制定人員，讓其評估是否應該改正。

2.3 CAN信號對加速踏板動作后的響應

測試加速踏板動作后，查看與之對應的CAN信息是非常必要的。一是查看整車控制器CAN信號針對加速踏板輸入信號的響應時間，二是查看整車加速針對加速踏板的CAN信號的響應時間。圖4示出HIL上模擬加速踏板操作顯示界面。圖5和圖6均為圖4的部分截圖。其中，紅線為HIL上模擬出來的加速踏板傳感器開度；藍線為整車控制器中CAN信號對輸入的加速踏板開度進行的響應；綠線為HIL系統(tǒng)針對加速踏板開度響應出的車速。圖5示出加速踏板動作后整車控制器的CAN信號的響應時間。分析圖5可以看出，加速踏板操作與整車控制器的CAN信號的響應時間為0.04 s，正常情況下應該為＜50 ms。圖6示出整車控制器的CAN信號與整車車速響應的時間。從圖6中可以分析出，整車控制器CAN信號響應后，整車車速響應的時間間隔為0.25s，正常情況下應該為＜150ms，分析原因，可能與控制策略中信號濾波策略有關，應該將此情況及時反饋給策略制定人員，讓其評估是否應該改正。

3 結論

文章將HIL測試引用到新能源車整車控制策略測試中，HIL測試先于實車測試，由于HIL測試的靈活性和操作的方便性，能夠很快發(fā)現(xiàn)整車控制策略中存在的問題。如文章所示的測試用例，由于很難在實車試驗時，對加速踏板傳感器的輸入進行調整，因此不容易發(fā)現(xiàn)一些隱藏的問題。這些隱藏的問題如果能夠在前期HIL集成測試時發(fā)現(xiàn)，不僅能夠在前期測試時發(fā)現(xiàn)盡可能多的問題，而且通過HIL，測試工程師能夠向策略制定工程師提出改進思路，策略工程師修改完畢后再進行HIL測試驗證改進策略，形成良性循環(huán)，使產品在測試階段逐漸完善，進一步提高產品質量，因此將HIL測試引用到新能源車整車控制策略中是非常必要的。