自動化測試系統(tǒng)在控制單元黑盒故障注入測試中的應(yīng)用

谷原野，節(jié)忠海，孫運璽，劉德利，王邵龍，孫 云

（一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130000）

乘用車在電子控制單元軟件或硬件發(fā)生故障時會記錄相應(yīng)的故障碼（DTC），售后再通過診斷儀連接乘用車的OBD診斷接口進行讀取故障與解析，指導(dǎo)電氣故障的定位、排查及解決。故障碼定義規(guī)則已經(jīng)在ISO國際標準中進行了明確定義，目前乘用車的電子電氣越來越復(fù)雜，在乘用車開發(fā)階段故障碼的全面測試具有重要的意義，對于控制單元的診斷功能開發(fā)具有反饋與指導(dǎo)作用，包括故障碼設(shè)置的必要性、故障碼觸發(fā)策略合理性以及故障碼自清除策略的正確性等等。作為OEM，需要驗證車輛包括的所有控制單元在單系統(tǒng)、整車集成以及實車的環(huán)境下故障碼設(shè)計的正確性以及整車表現(xiàn)的一致性［1］。

1 故障注入測試

OEM一般采取故障注入測試的方式將控制單元作為黑盒進行測試［2］，即為控制單元模擬故障碼觸發(fā)的各種條件制造各類電氣故障，然后應(yīng)用診斷儀通過UDS診斷服務(wù)進行讀取控制單元記錄對應(yīng)的故障碼及故障碼狀態(tài)，以及故障回復(fù)后可應(yīng)用診斷服務(wù)進行故障清除。故障碼的測試流程一般如圖1所示，首先清除控制單元的所有故障碼；然后模擬并保持故障觸發(fā)條件，并用診斷設(shè)備讀取控制單元的故障信息，控制單元會記錄對應(yīng)的故障碼，故障碼的狀態(tài)位為當(dāng)前正在產(chǎn)生的故障；接著恢復(fù)故障觸發(fā)的條件，再次通過診斷設(shè)備讀取控制單元的故障信息，控制單元仍記錄對應(yīng)的故障碼，故障碼的狀態(tài)位變?yōu)闅v史故障，故障碼的狀態(tài)位在ISO 14229—1附錄D中有詳細定義，如表1所示［3］；最后清除故障碼，讀取后應(yīng)無故障碼，如有些故障碼有自清除策略，重新觸發(fā)故障碼，并模擬自清除觸發(fā)條件（點火循環(huán)ON→OFF→ON，N次），在N-1次讀取故障碼時故障碼應(yīng)存在，第N次讀取故障碼時故障碼自清除。

故障注入測試一般多采用人工測試的方式，目前應(yīng)用較多的測試工具包括Vector的CANoe及CAN dela、風(fēng)邱科技DTS等。但是人工測試存在一些劣勢，例如人工測試短路時，操作不當(dāng)會造成乘用車的車載電器損壞，并且重復(fù)性測試（自清除策略需上百次操作）的一致性很難保證，而應(yīng)用自動化的測試方式即可規(guī)避和解決此類問題，并能提升測試效率和一致性。

圖1 故障注入測試步驟

表1 故障碼狀態(tài)標志位

2 自動化測試應(yīng)用

2.1 自動化系統(tǒng)搭建

自動化測試系統(tǒng)大概分為硬件搭建與軟件搭建兩部分。系統(tǒng)硬件環(huán)境搭建原理設(shè)計較為簡單，以控制器與負載之間的電氣連接關(guān)系為依據(jù)，將自動化系統(tǒng)串接控制單元與負載之間，如圖2所示［4］；系統(tǒng)軟件搭建主要完成軟件配置及用例編制工作，其中上位機軟件完成控制單元引腳軟件配置與物理連接的映射關(guān)系，即軟件設(shè)置完成控制單元引腳的定義（測試用例中的動作庫引用）要與控制實際的電氣連接關(guān)系一致。自動化測試用例采用標準的動作庫封裝而成，測試用例設(shè)計簡便高效。本系統(tǒng)采用的故障注入測試模塊采用柔性測試板卡，通用化程度高，能夠模擬各類電氣故障，包括短路到搭鐵、短路到電源、斷路或開路、總線短接到搭鐵、總線短接到電源、總線錯誤等，硬線接線原理簡單，測試配置靈活。不同項目之間的切換應(yīng)用只需通過軟件配置即可，通用化程度高。

2.2 自動化測試執(zhí)行

圖2 自動化系統(tǒng)搭建示意圖

故障碼的類型主要分為功能相關(guān)故障碼（排放相關(guān)故障碼與非排放相關(guān)故障碼）及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)故障碼（報文或信號相關(guān)的故障碼），測試流程及方法均類似。以某控制單元的過電壓DTC測試為例進行說明：DTC觸發(fā)條件為供電電壓大于16 V，時間超過10 s后，控制單元即記錄故障碼（碼值0xD2 0x10 0x17），故障恢復(fù)條件為電壓大約9 V且小于16 V，故障碼自清除條件為100個點火周期內(nèi)不出現(xiàn)過壓故障。測試用例設(shè)計如表2所示。通過標準的測試動作庫將測試用例轉(zhuǎn)化為自動化測試用例，如圖3所示。

圖3 自動化測試用例

表2 測試用例設(shè)計

通過多個項目的實際測試應(yīng)用，尤其是控制單元均需要經(jīng)過多輪重復(fù)測試時，故障注入的自動化測試相對于人工測試的優(yōu)勢明顯，其中測試環(huán)境無需重新搭建，測試執(zhí)行工程師無需了解故障測試的控制策略，只需在軟件中調(diào)取測試用例自動執(zhí)行即可，重復(fù)性測試效率明顯提升，并且自動化測試具有較高的一致性及故障注入的安全性。

3 結(jié)論

乘用車故障碼的設(shè)計及定義，對于售后、質(zhì)保等部門在車輛上市后的維修及故障排查具有重要的指導(dǎo)作用。本文詳細介紹了乘用車電氣控制單元的黑盒故障注入測試的主要內(nèi)容及自動化測試系統(tǒng)的搭建原理及測試應(yīng)用，自動化測試系統(tǒng)能夠精確模擬各種電氣故障，并在故障碼的重復(fù)性測試、測試的安全性以及測試一致性等方面優(yōu)勢明顯。

［1］ 穆天宇，劉強，李順智.基于dSPACE的故障注入系統(tǒng)在汽車電子集成測試中的應(yīng)用［J］.汽車實用技術(shù)，2016（3）:152-155.

［2］ 尚世亮，王雷雷，趙向東.基于ISO26262的車輛電子電氣系統(tǒng)故障注入測試方法［J］.汽車技術(shù)，2015（12）:49-51.

［3］ ISO 14229-1，Road vehicles- Unified diagnostic services（UDS） – Part1: Specification and requirements，Annex D （normative） Stored data transmission functional unit data-parameter definitions［S］.

［4］劉衛(wèi)東，王愛春，燕東，等.車身控制模塊硬件在環(huán)測試系統(tǒng)搭建及測試應(yīng)用［J］.汽車電器，2015（12）:49-53.