燃料電池汽車VMS測試系統(tǒng)構(gòu)建

宋錦明，宋錦剛

（1.上汽集團商用車技術(shù)中心，上海 200438；2.江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

燃料電池汽車VMS測試系統(tǒng)構(gòu)建

宋錦明1，宋錦剛2

（1.上汽集團商用車技術(shù)中心，上海 200438；2.江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

簡要介紹燃料電池汽車整車控制器VMS、測試系統(tǒng)整體架構(gòu)、測試系統(tǒng)硬件模塊核心VT system各種I／O信號模塊和軟件模塊核心CANoe開發(fā)平臺；詳細介紹基于CANoe和VT System的VMS測試系統(tǒng)的硬件組成、原理，并圍繞“報文DLC（數(shù)據(jù)場字節(jié)長度）”具體測試用例給出測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計及部分測試程序代碼；利用測試系統(tǒng)對用例進行實際測試驗證，并生成測試報告，測試報告結(jié)果表明該VMS測試系統(tǒng)的有效性。

整車控制器；CANoe；VT System；測試系統(tǒng)

整車控制器VMS（Vehicle Management System）是燃料電池汽車三大核心技術(shù)之一電控技術(shù)的關(guān)鍵模塊。由圖1可知，VMS與整車及燃料電池動力系統(tǒng)FCPS（Fuel Cell Propulsion System）有著密切聯(lián)系。其功能主要包括：①VMS是燃料電池汽車整車各項功能的控制中心，它負責(zé)動力系統(tǒng)的扭矩管理、動力電池和燃料電池電堆多能源分配策略、整車高低壓系統(tǒng)安全策略和系統(tǒng)故障監(jiān)測與報警提示。②VMS主要通過CAN網(wǎng)絡(luò)采集和判斷駕駛?cè)藛T的控制輸入信號，如油門、制動、擋位等操控信息和駕駛意圖，并向動力系統(tǒng)發(fā)送控制命令，同時向儀表等設(shè)備輸出FCPS和整車其它子系統(tǒng)的狀態(tài)信息。③VMS同時還是FCPS與整車其它子系統(tǒng)進行信息交互的網(wǎng)關(guān)，負責(zé)與ABS、空調(diào)、EPS等模塊傳輸狀態(tài)信息。

鑒于VMS的重要作用，對VMS進行系統(tǒng)、嚴格的測試驗證，是整車開發(fā)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。本文詳細介紹基于CANoe和VT System的VMS測試系統(tǒng)構(gòu)建，以及利用該系統(tǒng)完成VMS功能測試驗證的整個過程。

1 測試系統(tǒng)整體架構(gòu)

VMS測試系統(tǒng)包括硬件模塊和軟件模塊兩部分，如圖2所示。

1）測試系統(tǒng)硬件模塊VMS測試系統(tǒng)硬件模塊主要由PC機、電源模塊和測試系統(tǒng)各種信號I／O模塊3部分組成。其中測試系統(tǒng)各種信號I／O模塊為硬件模塊的核心，主要由VT System各種信號模塊組成。該模塊用于模擬VMS在特定工作場景時所需要輸入的各種硬線和CAN總線信號，同時針對該工作場景采集VMS輸出的各種信號，包括油門踏板信號、制動踏板信號、點火鑰匙信號、緊急開關(guān)信號、動力高壓電高壓互鎖信號、電子風(fēng)扇控制信號、冷卻水泵控制信號、空調(diào)控制信號、動力電池和動力電機等工作運行狀態(tài)和控制信號等。

圖1 VMS聯(lián)接信號圖

圖2 VMS測試系統(tǒng)整體架構(gòu)

2）測試系統(tǒng)軟件模塊測試系統(tǒng)軟件模塊基于CANoe平臺開發(fā)，運行于PC上。主要實現(xiàn)功能包括：①通過測試系統(tǒng)軟件模塊控制信號I／O模塊，模擬前述信號，使VMS工作于預(yù)設(shè)狀態(tài)；②測試軟件通過程序已定義的功能，分析和處理硬線I／O和CAN總線接口接收和采集VMS的各項控制輸出信號，并將結(jié)果與VMS在設(shè)計時所期望的各項控制輸出信號作對比，以評估在該條件下VMS功能是否與設(shè)計要求一致；③記錄測試過程中的各項數(shù)據(jù)，并形成完整測試報告。

2 測試系統(tǒng)各種信號I／O模塊

本測試系統(tǒng)利用VT System相關(guān)模塊（主要包括VT1004、VT2004、VT2516和VT7001等）模擬連接于VMS的真實執(zhí)行器與傳感器的各種I／O信號。如果需要，VT組件所模擬的I／O信號可同時與真實傳感器和執(zhí)行器連接。

1）VT8012背板通過VT8012背板，可以把12個VT組件安裝在19英寸的機架或19英寸的框架中。同時，VT8012背板提供了與PC連接的以太網(wǎng)接口，并保證VT System與PC間的電隔離。此外，VT8012背板還提供了VT組件所需的12V工作電源。

2）VT1004負載和測量模塊VT1004模塊可以連接ECU的4路輸出，用于測量伺服電動機或者燈的輸出電氣參數(shù)。

3）VT2004激勵模塊VT2004可以提供4路輸入給ECU，用于模擬車用傳感器（如溫度傳感器）以及各種開關(guān)的輸入信息。

4）VT2516數(shù)字I／O模塊VT2516可以提供16路通道數(shù)字輸入／輸出，用于模擬數(shù)字量開關(guān)輸入信號、測量ECU輸出電壓。

5）VT7001電源模塊通過VT7001電源模塊可以控制ECU供電，包括KL15、KL30、KL31等，能夠提供最大70A的連續(xù)電流輸出，同時能夠進行電流測量（10uA～70A），同時，還可以模擬短路、開路等電源故障。

由VT System相關(guān)模塊構(gòu)成的測試系統(tǒng)硬件連接圖，如圖3所示。

圖3 VMS測試系統(tǒng)硬件連接

3 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

測試系統(tǒng)軟件模塊基于CANoe平臺開發(fā)，并運行于PC上。

3.1CANoe

CANoe是整車網(wǎng)絡(luò)和ECU設(shè)計、仿真和測試的專業(yè)工具，是本測試系統(tǒng)的核心控制軟件，其主要應(yīng)用場景為控制器的功能測試、網(wǎng)絡(luò)測試以及故障診斷測試。測試功能主要包括下列組件。

1）在CANoe中可以使用*.XML或*.CAN測試模塊執(zhí)行連續(xù)的測試數(shù)據(jù)流。測試模塊可以在任意時刻啟動執(zhí)行。*.CAN測試模塊使用類似于C語言的CAPL語言編程實現(xiàn)，測試人員可以根據(jù)測試需求靈活地編制測試程序，并設(shè)置在測試執(zhí)行時將過程信息和數(shù)據(jù)實時地反饋給測試人員。

2）測試服務(wù)庫包含了大量系統(tǒng)預(yù)定義的基于CAPL編程語言測試的各類接口函數(shù)，方便測試人員在編程設(shè)計具體的測試程序時直接調(diào)用。它們可以在CAPL測試模塊中直接使用，可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫進行參數(shù)化，如監(jiān)測對應(yīng)報文的發(fā)送周期，報文數(shù)據(jù)長度DLC，ECU從收到報文到發(fā)出響應(yīng)報文的程序處理時間，具體物理信號值的有效性等。

3）在基于CANoe的測試程序執(zhí)行完成后，測試程序會基于特定的模板生成一個完整的測試報告。測試報告的形式和內(nèi)容可以由用戶根據(jù)需要自行定義。

在整車網(wǎng)絡(luò)和ECU設(shè)計、仿真和測試過程中，需要不斷創(chuàng)建、維護完善和執(zhí)行測試序列。CANoe中*. CAN測試模塊提供了一個完整測試環(huán)境和測試序列。測試序列是由一系列的測試用例組成的，測試程序開發(fā)人員可以通過CAPL編程語言設(shè)計開發(fā)相對應(yīng)的測試用例。

3.2VMS測試程序設(shè)計及舉例

VMS測試程序主要由功能測試、網(wǎng)絡(luò)測試和診斷測試3部分組成，主要內(nèi)容見表1。

表1 測試程序主要內(nèi)容

測試用例：報文DLC（數(shù)據(jù)場字節(jié)長度）測試，詳見表2。

表2 報文DLC（數(shù)據(jù)場字節(jié)長度）測試

測試用例的軟件主要通過CANoe的CAPL編程環(huán)境實現(xiàn)，最終生成基于CAPL編程語言的測試腳本文件。

測試程序執(zhí)行時由MainTest（）主函數(shù)開始運行，首先通過函數(shù)TestModuleTitle（），TestModuleDescription（）對測試對象和測試內(nèi)容進行必要的描述。接下來則開始執(zhí)行具體的測試案例TestCase_X_XXX（），在執(zhí)行測試案例時首先通過變量TestCase_X_Selected判斷在本次測試時，該測試案例測試人員是否選擇執(zhí)行，如果TestCase_X_Selected的值為1，則執(zhí)行該測試案例，否則本次測試時不執(zhí)行該測試案例。當(dāng)測試結(jié)束時，則通過TestGroupEnd（）函數(shù)回到初始狀態(tài)。

在測試用例程序中，首先通過TestCaseTitle（）函數(shù)描述該測試案例的測試內(nèi)容。然后根據(jù)測試案例的描述，首先調(diào)用SeTVMSRunning（）函數(shù)使VMS處于正常工作狀態(tài)，然后通過調(diào)用函數(shù)ChkStart_MsgDLC（）開始監(jiān)測VMS的報文VMSMessage1的DLC，持續(xù)監(jiān)測5min，接下來根據(jù)變量gDLCCheckResult的值來判斷測試結(jié)果，如果gDLCCheckResult的值為1，則本次測試通過，否則為未通過。

如圖4所示，在測試過程中可以通過CANoe的測試管理界面對整個測試過程進行管理，也可以靈活配置本次測試所要執(zhí)行的測試項等。

同時，在測試過程中，測試程序能夠?qū)崟r監(jiān)控整個測試過程，如圖5所示，動態(tài)顯示每個測試用例的執(zhí)行情況，當(dāng)前正在執(zhí)行的測試用例以及每個測試步驟執(zhí)行時的數(shù)據(jù)顯示和狀態(tài)提示，以便于測試人員實時跟蹤了解測試過程中的情況。

4 測試結(jié)果

在每輪測試完成后，測試系統(tǒng)會根據(jù)程序已定義的模板自動生成測試報告，包括測試進程中的過程數(shù)據(jù)，最終判定的結(jié)果和結(jié)論數(shù)據(jù)，用于測試人員對測試結(jié)果進行分析和統(tǒng)計。

本次測試執(zhí)行了VMS的報文VMSMessage1的DLC測試，測試報告首先描述了本次測試的內(nèi)容：1.1.TestCase TC 1：Check DLC of VMS message VMSMessage1：Passed和本次測試的開始時間、結(jié)束時間。接下來開始描述本次執(zhí)行的測試案例的具體內(nèi)容：第1步，控制電源模塊給VMS系統(tǒng)供電（TestStep1：Power KL15 On）；第2步，使VMS處于正常工作狀態(tài)（TestStep2：Set VMS Running Normal）；第3步，開始監(jiān)測VMS的報文VMSMessage1的DLC。持續(xù)監(jiān)測5min。最后判斷測試結(jié)果：VMSMessage1 DLC is True。本次測試通過。

圖4 測試管理界面

圖5 測試過程監(jiān)控

5 結(jié)語

本文基于CANoe和VT System構(gòu)建了燃料電池汽車整車控制器VMS測試系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)對VMS進行了實際測試。應(yīng)用表明，利用該測試系統(tǒng)，很好地完成了VMS的測試驗證，發(fā)現(xiàn)了諸多產(chǎn)品功能與功能定義的偏差和缺陷，保證了產(chǎn)品開發(fā)品質(zhì)，有效指導(dǎo)了設(shè)計工程師以及相關(guān)供應(yīng)商對系統(tǒng)進行修改和完善，保證了系統(tǒng)的開發(fā)品質(zhì)與開發(fā)進度，同時也保證了在對整車性能進行測試時，整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效地運行。

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（編輯 楊景）

Testing System Establishment of VMS for Fuel-cell Vehicle

SONG Jin-ming1，SONG Jin-gang2
（1.SAIC Motor Commercial Vehicle Technology Center，Shanghai 200438；2.Jiangsu Vocational College of Finance&Economics，Huai’an 223003，China）

This article firstly introduces Vehicle Management System（VMS）of fuel-cell vehicles，the overall hardware architecture，the VT system’s I／O signal modules which are the core of hardware module and the development platform of CANoe which is the core of software module of the testing system.Then the hardware design，operating principles and test software design of the testing system of VMS based on CANoe and VT System are introduced in detail.Focused on the test cases of“message DLC the vehicle（data bytes）”，the software design and part of testing program code are provided，and test results show that the system is effective.

VMS；CANoe；VT System；test system

U463.6

：A

1003－8639（2016）12－0060－04

2016-10-08；

2016-10-28

淮安市科技支撐計劃應(yīng)用研究與科技攻關(guān)（工業(yè)）項目（HAG2014038）

宋錦明（1978-），男，江蘇淮安人，工程師，碩士，主要從事汽車車載網(wǎng)絡(luò)和故障診斷方面的工作。