DCT電控系統(tǒng)硬件在環(huán)自動化測試平臺研究與應(yīng)用

陳志新 曲白雪 張榮輝 孫名揚 鄭巖

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，長春 130011）

DCT電控系統(tǒng)硬件在環(huán)自動化測試平臺研究與應(yīng)用

陳志新 曲白雪 張榮輝 孫名揚 鄭巖

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，長春 130011）

搭建了雙離合器自動變速器（DCT）控制器的硬件在環(huán)測試平臺，結(jié)合實際項目對自動化測試過程進(jìn)行說明，利用模塊化的測試庫快速搭建邏輯測試序列，采用參數(shù)化設(shè)計實現(xiàn)測試序列的重用，通過編寫腳本實現(xiàn)Excel和Automation?Desk的交互，使自動測試結(jié)果更直觀。結(jié)合故障注入中的應(yīng)用實例，驗證了自動化測試的效果，表明該平臺能夠在項目開發(fā)中快速、有效地驗證DCT控制策略，提高控制軟件的質(zhì)量。

1 前言

隨著汽車控制系統(tǒng)的功能不斷增加，汽車控制技術(shù)也變得越來越復(fù)雜。硬件在環(huán)（Hardware In Loop,HIL）測試作為一種先進(jìn)的仿真技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于自動變速器控制系統(tǒng)的開發(fā)。在雙離合器自動變速器（Dual Clutch Transmission，DCT）電控系統(tǒng)開發(fā)過程中，采用硬件在環(huán)測試技術(shù)可以快速有效地開發(fā)、驗證和優(yōu)化控制策略，對故障處理策略進(jìn)行驗證，減少實車路試的次數(shù)，提高DCT電控系統(tǒng)的可靠性[1]。

目前，關(guān)于DCT電控系統(tǒng)的HIL仿真測試的研究主要集中于對DCT控制策略的仿真驗證和硬件在環(huán)平臺的搭建。然而，在DCT開發(fā)過程中，軟件版本的不斷更新導(dǎo)致重復(fù)測試的工作量大，難以滿足快速開發(fā)的需求，采用自動化測試具有準(zhǔn)確可靠、一致性和復(fù)用性好等優(yōu)點，能夠大大提高測試效率[2～3]。

本文介紹了在DCT電控系統(tǒng)開發(fā)過程中，基于硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的自動化測試平臺的研究與應(yīng)用，提出了一種參數(shù)化設(shè)計測試序列的自動測試方法，實現(xiàn)了對DCT控制策略的快速驗證。

2 硬件在環(huán)測試

2.1 硬件在環(huán)測試系統(tǒng)

本文使用的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)由整車系統(tǒng)模型、dSPACE硬件、PC機(jī)的ControlDesk控制平臺、監(jiān)控工具CANape、被測控制器TCU組成，如圖1所示。

圖1 硬件在環(huán)測試系統(tǒng)示意

基于MATLAB/Simulink建立車輛仿真模型，模擬車輛在被測控制器TCU控制下的運行情況，包含發(fā)動機(jī)模型、傳動系統(tǒng)模型、車輛動力學(xué)模型、駕駛員和道路模型，其中，車輛的傳動系統(tǒng)模型為TCU控制策略的測試提供了仿真平臺。

dSPACE系統(tǒng)與MATLAB/Simulink進(jìn)行無縫連接，利用實時代碼生成工具箱（Real-Time Workshop,RTW）模塊實現(xiàn)代碼的快速生成和下載，利用實時接口（Real-Time Interface,RTI）模塊實現(xiàn)車輛仿真模型與dSPACE接口之間的連接。dSPACE系統(tǒng)通過硬件接口輸出TCU所需的傳感器信號，接收和采集TCU發(fā)出的執(zhí)行器信號。CANape從TCU讀取信息，實時監(jiān)控硬件在環(huán)測試系統(tǒng)?；贑ontrolDesk軟件開發(fā)了試驗界面，如圖2所示，用于控制和實時觀測車輛模型實時仿真，基于AutomationDesk軟件實現(xiàn)自動化的硬件在環(huán)測試[4～5]。

圖2 ControlDesk試驗界面

2.2 測試用例的設(shè)計

DCT電控系統(tǒng)的硬件在環(huán)測試需根據(jù)軟件需求文檔和設(shè)計說明來分析測試需求。測試內(nèi)容主要包括傳感器、執(zhí)行器和網(wǎng)絡(luò)通訊等信號接口測試，換擋、爬行、起步等基本功能靜態(tài)測試，正常擋位切換動態(tài)測試，濫用操作，故障注入靜態(tài)測試，故障注入動態(tài)測試等。

具體的測試用例采用等價類劃分方法、邊界值分析方法、錯誤推測方法等測試技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，每條測試用例應(yīng)包括測試用例ID、測試點名稱、測試用例、重要級別、預(yù)置條件、操作步驟、預(yù)期結(jié)果。其中，測試用例設(shè)計應(yīng)詳細(xì)描述各測試用例的測試動作，以及各測試動作執(zhí)行后所期望的測試結(jié)果[6～7]。

2.3 硬件在環(huán)測試過程

在AutomationDesk測試軟件中，按照測試用例的預(yù)置條件和操作步驟編寫測試序列，與ControlDesk控制平臺共同實現(xiàn)對車輛仿真模型的實時控制，模擬測試動作執(zhí)行，同時調(diào)用CANape采集TCU數(shù)據(jù)，編寫測試腳本，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)自動判斷實際測試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是否一致，硬件在環(huán)系統(tǒng)測試原理如圖3所示。

圖3 硬件在環(huán)系統(tǒng)測試原理示意

3 自動化測試

3.1 自動化測試的實現(xiàn)

加速升擋是DCT的重要功能之一，由于測試過程相似，本文以DCT控制系統(tǒng)加速升擋功能的測試為例說明自動化測試的實現(xiàn)過程[8～10]。

DCT電控系統(tǒng)的加速升擋功能即為駕駛員踩下油門踏板加速時，根據(jù)當(dāng)前車速和油門踏板開度選擇合適擋位，能夠?qū)崿F(xiàn)自動升擋，加速升擋功能測試用例如表1所示。

表1 加速升擋功能的測試用例

DCT硬件在環(huán)自動化測試引入邏輯測試用例概念，在AutomationDesk搭建加速升擋邏輯測試序列，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，通過Excel導(dǎo)入具體測試用例的測試參數(shù)，通過Excel調(diào)用測試腳本，自動執(zhí)行測試用例，生成測試報告。

加速升擋功能的邏輯測試序列主要分為3部分，如圖4所示。測試序列初始化（TestInit）實現(xiàn)用例文檔中的預(yù)置條件，包括系統(tǒng)上電、啟動發(fā)動機(jī)、踩制動踏板、掛P擋、連接CANape，已形成專用測試庫，不需更改；測試部分（TestCase）實現(xiàn)具體的測試內(nèi)容，包括操作步驟、結(jié)果判斷；測試序列清除（TestCleanUp）實現(xiàn)測試環(huán)境的恢復(fù)，包括斷開CANape連接、踩制動踏板、掛P擋、發(fā)動機(jī)熄火、系統(tǒng)斷電，已形成專用測試庫，不需更改。

圖4 邏輯測試序列結(jié)構(gòu)

其中，測試部分為邏輯測試序列的核心內(nèi)容，在AutomationDesk中運用Python腳本和圖形化的測試模塊庫進(jìn)行搭建，具體步驟為：CANape數(shù)據(jù)采集；掛D擋；踩油門，等待當(dāng)前擋位為操作步驟所需擋位；踩油門，等待目標(biāo)擋位；等待換擋完成；結(jié)束數(shù)據(jù)采集；按預(yù)期結(jié)果對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷；在自動測試報告中增加數(shù)據(jù)曲線。上述每個步驟所對應(yīng)模塊都可在DCT專用自動測試庫中找到，直接拖拽即可完成自動測試序列搭建，大大縮減了搭建時間。

邏輯測試序列搭建完成后，設(shè)置加速升擋功能的測試參數(shù)：控制車輛運行狀態(tài)的測試參數(shù)，包括AM模式（AMmode）、當(dāng)前擋位（CurGear）、目標(biāo)擋位（TgtGear）、油門開度（Pedal）；結(jié)果判斷的測試參數(shù)，用于結(jié)果判斷的變量（TransName）和數(shù)值變化范圍（TransVal）；為便于測試用例和Excel測試參數(shù)的對應(yīng)，還增加了測試用例ID（TestID）。測試參數(shù)設(shè)置如表2所示。通過參數(shù)化設(shè)計，此邏輯測試序列可實現(xiàn)不同油門開度、不同擋位的加油升擋測試。

表2 加速升擋功能測試參數(shù)設(shè)置表

測試執(zhí)行過程可自動進(jìn)行，通過編寫腳本實現(xiàn)Excel自動調(diào)用AutomationDesk，在Excel中設(shè)置測試參數(shù)后，可以自動寫入已搭建的邏輯測試序列中，測試執(zhí)行完畢后將測試結(jié)果返回Excel，如表2所示，并可鏈接和查看自動生成的測試報告。

3.2 自動化測試的執(zhí)行結(jié)果

對自動模式4擋升5擋進(jìn)行測試，即執(zhí)行表2中的測試用例ID2，可以自動對測試結(jié)果進(jìn)行判斷，換擋方式（ScoShiftKind=2）為動力升擋，換擋類型（ScoShift?Class=26）為動力4擋升5擋，如表3所示。

表3 加速升擋功能測試結(jié)果判斷

測試過程中的數(shù)據(jù)采集曲線如圖5所示。4擋升5擋的過程為：奇數(shù)軸掛入5擋；離合器充油；扭矩交換；對發(fā)動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。由圖5可以看出，4擋升5擋功能正常實現(xiàn)。

圖5 加速升擋功能測試曲線

3.3 自動化測試的可維護(hù)性

自動化測試平臺的搭建過程中已逐漸形成了DCT自動測試專用庫，針對DCT的測試需求進(jìn)行編寫，覆蓋了DCT測試所需的各種操作，利用Python腳本和AutomationDesk自身的模塊庫實現(xiàn)，如手柄操作、數(shù)據(jù)采集、預(yù)期結(jié)果的判斷模塊等，測試序列搭建時僅需添加所需模塊即可。

利用Excel設(shè)置測試參數(shù)，使測試更加直觀，可讀性較好。在Excel中針對每組測試和每條測試都可配置是否執(zhí)行和執(zhí)行次數(shù)，便于自動測試的管理。同時，通過測試用例ID的對應(yīng)可方便地對測試進(jìn)行追蹤和維護(hù)，在測試需求變更時，針對一組測試用例，僅需修改邏輯測試用例，大大縮減了維護(hù)測試用例所需的時間。

基于本文所述的DCT電控系統(tǒng)自動化測試平臺，可匹配不同平臺的DCT電控系統(tǒng)，基本的信號接口測試如傳感器、執(zhí)行器功能測試，加速升擋功能測試，減速降擋功能測試，故障處理測試等都可直接復(fù)用和移植，在已有的邏輯測試用例和Excel測試參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，大大降低了測試用例復(fù)用的工作量。

4 自動化測試在故障注入中的應(yīng)用

故障注入測試是驗證DCT電控系統(tǒng)安全性的重要手段，使用人工手段進(jìn)行故障注入測試的成本高，重復(fù)工作量非常大，采用本文所述的硬件在環(huán)自動化測試平臺可以快速、有效地完成大量的故障注入測試，以脫擋故障注入測試為例進(jìn)行說明。

為測試DCT電控系統(tǒng)對脫擋故障的處理策略，設(shè)計了在換擋過程中各個階段脫擋的測試用例，首先搭建邏輯測試用例，在目標(biāo)擋位給出后，等待一定時間（Wait?Time），設(shè)定撥叉位置為一定值（ForkPosition），即注入脫擋故障，其中WaitTime和ForkPosition為測試參數(shù)，重用這一邏輯測試序列，設(shè)置不同的測試參數(shù)，即可快速完成換擋過程中各階段發(fā)生脫擋時故障處理策略的測試。

測試中發(fā)現(xiàn)，在扭矩交換過程中發(fā)生脫擋時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不受控，可能發(fā)生超速，如圖6所示。

圖6 脫擋故障時出現(xiàn)問題的測試結(jié)果

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)在扭矩交換過程中發(fā)生脫擋時，會立刻分離奇、偶離合器，但沒有考慮到對發(fā)動機(jī)進(jìn)行扭矩限制。更改后進(jìn)行回歸測試，測試曲線如圖7所示，發(fā)生脫擋后，在分離離合器的同時立即對發(fā)動機(jī)進(jìn)行限扭，避免了發(fā)動機(jī)超速的可能。

圖7 脫擋故障處理更改后的測試結(jié)果

5 結(jié)論

本文所述的自動化測試平臺能夠快速搭建測試序列，操作簡單靈活，通過編寫測試腳本實現(xiàn)Excel和AutomationDesk交互，使自動測試更直觀，能夠有效地對測試質(zhì)量進(jìn)行評估。利用Excel進(jìn)行測試管理，可在無人干預(yù)的情況下自動執(zhí)行一系列測試用例。引入邏輯測試序列，采用參數(shù)化設(shè)計，實現(xiàn)了測試用例的重用，減少了測試用例的實際開發(fā)量，也降低了不同DCT軟件平臺的測試復(fù)用工作量，大大降低了測試成本。

1 趙治國，刁威振，王琪，等.干式DCT控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗臺開發(fā).汽車工程，2012，34（11）：1024～1032.

2 孫賢安，吳光強(qiáng)，姜超，等.人-車-路閉環(huán)系統(tǒng)中的雙離合器式自動變速器車輛換擋規(guī)律.汽車技術(shù)，2014（7）：18～23.

3 姜超，焦偉，易飛.DCT硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)平臺設(shè)計.上海汽車，2010（10）：23～26.

4 馬培蓓，吳進(jìn)華，紀(jì)軍，等.dSPACE實時仿真平臺軟件環(huán)境及應(yīng)用.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2004，16（4）：667～670.

5 俞志華，喬婷，付金勇，等.基于dSPACE的汽車座椅記憶模塊自動化測試平臺.中國汽車工程學(xué)會年會，上海，2015.

6 黃永逸，馬增輝，鄭韓麟，等.汽油機(jī)ECU HIL自動化測試的實現(xiàn).中國汽車工程學(xué)會年會，上海，2014.

7 宋長營，李大明，王欣偉.電控系統(tǒng)HIL自動測試平臺開發(fā)與研究.內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2015，32（1）：70～73.

8 葉婷，劉瑩，鄭韓麟.一種車身控制器HIL自動化測試的實現(xiàn)方法.中國汽車工程學(xué)會年會，上海，2015.

9 田真，黃小楓，李志成，等.整車控制器硬件在環(huán)測試流程及測試用例庫設(shè)計.汽車工程學(xué)報，2014，4（3）：207～212.

10 溫劍鋒，陳朋，王云鵬，等.復(fù)用技術(shù)在鐵路軟件測試的應(yīng)用研究.中國智能交通年會，廣州，2014.

（責(zé)任編輯 斛 畔）

修改稿收到日期為2017年3月20日。

Research and Application of HIL Automatic Test Platform for DCT Control System

Chen Zhixin,Qu Baixue,Zhang Ronghui,Sun Mingyang,Zheng Yan
（China FAW Corporation Limited R&D Center,Changchun 130011）

The Hardware-In-Loop(HIL)test platform of the Dual Clutch Transmission(DCT)controller was built.In combination of practical program to interpret the automatic test process,and using modular test library to rapidly establish logic test sequence,and by using parameterized design to realize reusing of test sequence,through writing script to realize interaction of Excel and AutomationDesk,which makes the automatic test results more intuitive.In combination of practical example injected with faults,the effect of automatic test was verified,which show that the platform can rapidly and effectively verify DCT control strategy in project development,and improve quality of control software.

HIL,DCT,Automatic test

硬件在環(huán) DCT 自動化測試

U467.5+2

A

1000-3703（2017）07-0001-04