基于HIL的汽車電氣功能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉德利，谷原野，節(jié)忠海，高洪偉

（一汽轎車股份有限公司，吉林長(zhǎng)春 130012）

基于HIL的汽車電氣功能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉德利，谷原野，節(jié)忠海，高洪偉

（一汽轎車股份有限公司，吉林長(zhǎng)春 130012）

提出了一種用于汽車電氣功能測(cè)試的硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)（HIL），全面介紹HIL硬件和軟件設(shè)計(jì)方案，闡述測(cè)試執(zhí)行和測(cè)試效果。

電氣功能測(cè)試；硬件在環(huán)；電子控制單元

傳統(tǒng)的人工測(cè)試無(wú)法滿足日益復(fù)雜的電氣功能測(cè)試需求，已經(jīng)提出硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop，HIL）測(cè)試系統(tǒng)，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元功能測(cè)試［1］、車身控制系統(tǒng)總線測(cè)試［2-3］、自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)功能測(cè)試［4］等。本文提出一種用于汽車電氣功能測(cè)試的硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)單一控制單元電氣功能測(cè)試，并能實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制單元之間交互的電氣功能（整車系統(tǒng)集成電氣功能）測(cè)試。此外，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車電子控制單元外圍電路的真實(shí)與虛擬的靈活切換，使被測(cè)控制單元能夠擺脫外圍器件開發(fā)進(jìn)度的限制，在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行充分設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證，既縮短了開發(fā)周期，又降低了開發(fā)成本。

1 HIL的硬件設(shè)計(jì)方案

HIL由主機(jī)柜、負(fù)載柜和測(cè)試臺(tái)架組成［5-6］。主機(jī)柜是HIL的控制核心，主要由工控機(jī)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和電源等組成。負(fù)載柜主要負(fù)責(zé)負(fù)載模擬、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)接口處理，負(fù)載柜由負(fù)載板卡和總線板卡組成，負(fù)載柜通過(guò)連接器與測(cè)試臺(tái)架的電子控制單元和真實(shí)負(fù)載相連接。HIL硬件結(jié)構(gòu)連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 HIL硬件結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 總線板卡的工作原理

總線板卡主要由總線測(cè)量和模擬模塊、切換電路、總線通道構(gòu)成。其中總線測(cè)量和模擬模塊負(fù)責(zé)完成CAN總線匹配電阻接入、總線故障注入以及CAN、LIN總線信號(hào)模擬等功能；切換電路完成CAN、LIN總線輸入輸出切換；總線通道用于連接控制單元總線信號(hào)?？偩€板卡的工作原理如圖2所示。

圖2 總線板卡的原理圖

1.2 負(fù)載板卡的工作原理

負(fù)載板卡主要由電壓采集電路、電流采集電路、信號(hào)處理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)處理單元、電壓輸出電路、電流輸出電路、PWM輸出電路構(gòu)成。主要負(fù)責(zé)采集電流、電壓、PWM信號(hào)和模擬電流輸出、電壓輸出、PWM信號(hào)輸出。負(fù)載板卡的工作原理如圖3所示。

圖3 負(fù)載板卡原理圖

1.3 測(cè)試臺(tái)架的構(gòu)成及功能

測(cè)試臺(tái)架構(gòu)成如圖4所示。測(cè)試臺(tái)架主要負(fù)責(zé)將測(cè)試需要的電子控制單元ECU、傳感器、執(zhí)行器和開關(guān)等元器件按照實(shí)際線束連接關(guān)系進(jìn)行連接，并將對(duì)應(yīng)的板卡與需要測(cè)量的元器件相連接。該測(cè)試臺(tái)架的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)同一車型的多種配置靈活切換，可減少臺(tái)架搭建數(shù)量，節(jié)約成本，提高測(cè)試臺(tái)架的通用性。

圖4 測(cè)試臺(tái)架構(gòu)成圖

2 HIL的軟件設(shè)計(jì)方案

HIL的軟件主要包括上位機(jī)軟件和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件［7-9］。上位機(jī)軟件與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通過(guò)光纖介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中上位機(jī)軟件是基于Visual Studio開發(fā)環(huán)境開發(fā)，主要功能包括人機(jī)界面顯示、控制單元引腳映射管理、測(cè)試用例加載、測(cè)試計(jì)劃管理、用戶輸入命令處理、測(cè)試任務(wù)執(zhí)行、測(cè)試過(guò)程顯示、測(cè)試報(bào)告生成等功能。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件是基于NI軟件LabView RT系統(tǒng)開發(fā)的，它主要功能是接收上位機(jī)下發(fā)的動(dòng)作執(zhí)行指令，同時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，由上位機(jī)顯示采集到的數(shù)據(jù)。HIL軟件架構(gòu)如圖5所示。

圖5 HIL軟件架構(gòu)圖

3 HIL的測(cè)試執(zhí)行及測(cè)試效果

3.1 HIL具體測(cè)試流程

通過(guò)應(yīng)用程序登陸，在主窗口的菜單中進(jìn)行車型平臺(tái)選擇，并根據(jù)測(cè)試需求選擇相應(yīng)的測(cè)試用例進(jìn)而生成測(cè)試序列。點(diǎn)擊開始按鈕進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試程序?qū)y(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得出測(cè)試結(jié)果并根據(jù)設(shè)定的模板生成測(cè)試報(bào)告，如圖6所示。

圖6 測(cè)試執(zhí)行流程圖

3.2 HIL的測(cè)試效果

1）該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)任意車身電子控制單元（輸入和輸出為電流、電壓和PWM信號(hào)）的功能測(cè)試。

2）該系統(tǒng)既能進(jìn)行單個(gè)車身電子控制單元的功能測(cè)試，又能實(shí)現(xiàn)多個(gè)車身電子控制單元的系統(tǒng)集成電氣功能測(cè)試。

3）該系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置總線板卡和負(fù)載板卡，實(shí)現(xiàn)汽車電子控制單元外圍電路的真實(shí)與虛擬的靈活切換。例如極限測(cè)試環(huán)境，車速為120km／h，儀表超速報(bào)警功能，利用總線測(cè)試板卡模擬車速信號(hào)發(fā)送給儀表，即可實(shí)現(xiàn)該功能測(cè)試。

4）該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)測(cè)試臺(tái)架不同電子控制單元的配置，實(shí)現(xiàn)一個(gè)測(cè)試臺(tái)架完成對(duì)該車型不同配置的功能測(cè)試，降低測(cè)試臺(tái)架的搭建成本。

4 結(jié)論

本文闡述了HIL的硬件和軟件設(shè)計(jì)方案，其應(yīng)用于汽車功能測(cè)試，很好地解決了傳統(tǒng)人工測(cè)試的缺點(diǎn)。該HIL具有測(cè)試覆蓋度高、可重復(fù)性強(qiáng)、測(cè)試周期短和測(cè)試結(jié)果一致性高等優(yōu)點(diǎn)。為HIL在汽車電氣功能測(cè)試中的廣泛應(yīng)用提供了一定的依據(jù)和參考。

［1］楊志強(qiáng).發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)搭建［J］.汽車工程師，2011（3）：29-31.

［2］韓江洪，劉磊，衛(wèi)星，等.總線型車身控制系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試的研究［J］.汽車工程，2012，34（8）：696-700.

［3］翟琰，劉磊，張建軍，等.車身總線控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真設(shè)計(jì)［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，35（5）：621-624.

［4］李君，謝先平，梅近仁，等.基于HiL實(shí)時(shí)聯(lián)合仿真自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)TCU快速開發(fā)研究［J］.汽車技術(shù)，2010（11）：7-12

［5］王熠，何洪文，張穎琦，等.基于CAN網(wǎng)絡(luò)的混合動(dòng)力汽車硬件在環(huán)仿真平臺(tái)［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（5）：524-527.

［6］崔海峰，劉擁軍，趙向東，等.基于硬件在環(huán)仿真的汽車制動(dòng)控制器測(cè)試系統(tǒng)［J］.上海汽車，2010（8）：14-17.

［7］胡朝峰.汽車電子電器硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究［J］.汽車電器，2010（6）：50-52.

［8］楊志強(qiáng).電動(dòng)助力系統(tǒng)硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)［J］.汽車工程師，2010（8）：37-39.

［9］張永生，謝靜思，張浩.一種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車部件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案［J］.汽車工程學(xué)報(bào)，2012，2（5）：322-326.

（編輯心翔）

Vehicle Electrical Function Test Design Based on Hardware-In-The-Loop System

LIU De-li，GU Yuan-ye，JIE Zhong-hai，GAO Hong-wei
（First Automobile Works Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

In this article，Hardware-in-the-loop（HIL）system designed for vehicle electrical function test is presented.Then a comprehensive introduction of hardware and software design scheme for HIL system is given. Finally，the test execution and result is demonstrated.

electrical function test；hardware-in-the-loop；ECU

U463.6

A

1003－8639（2017）01－0058－02

2016-05-31

劉德利（1987-），男，吉林長(zhǎng)嶺人，工程師，碩士，主要工作方向?yàn)殡姎夤δ軠y(cè)試硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、整車電氣功能測(cè)試等；谷原野（1984-），男，吉林乾安人，工程師，碩士，主要工作方向?yàn)殡姎夤δ軠y(cè)試硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、整車電氣功能測(cè)試等；節(jié)忠海（1982-），男，黑龍江海倫人，工程師，碩士，主要工作方向?yàn)殡姎夤δ軠y(cè)試硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、整車電氣功能測(cè)試等；高洪偉（1982-），男，黑龍江大慶人，高級(jí)工程師，博士，主要工作方向?yàn)殡姎饧軜?gòu)設(shè)計(jì)、車載網(wǎng)絡(luò)開發(fā)、電氣集成測(cè)試等。