基于VT測試系統(tǒng)的設(shè)計與研究

李志濤

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

隨著汽車技術(shù)的高速發(fā)展，人們對于車輛的安全性、舒適性、節(jié)能和環(huán)保、智能化的要求日益增加，汽車電子控制單元的數(shù)量越來越多，電子電器的功能越來越復(fù)雜。汽車上大量電子電器系統(tǒng)的集成使用，導(dǎo)致潛在錯誤源的數(shù)量急劇增加，因此汽車電子電器系統(tǒng)出現(xiàn)故障在常見的汽車故障中的概率也最高［1］。由此，對電子電器功能測試更加重要。本文探討了應(yīng)用CANoe軟件實現(xiàn)總線、信號仿真，通過VT System和CANoe中的編程語言CAPL分別實現(xiàn)硬件和軟件的設(shè)計，開發(fā)基于VT的測試系統(tǒng)，同時匹配實車電器功能測試臺架，從而使電器功能測試覆蓋度更高、測試深度提升、靈活性更好，以達成電器功能的測試需求。

1 測試需求分析

本系統(tǒng)是基于長城汽車某車型電器平臺而搭建的測試系統(tǒng)，該車型總線拓撲包含34個ECU，各ECU分別分布在3條高速子網(wǎng)上，不同子網(wǎng)上的ECU信息交互通過網(wǎng)關(guān)（GW）路由。如圖1所示。

由圖1可見，該車型具有配置較高、功能交互緊密、系統(tǒng)集成復(fù)雜等特點。針對整車電器功能集成測試，在整車電器功能臺架測試階段，需要一種能夠監(jiān)控各模塊信號信息，同時又能仿真模擬多種信號的測試系統(tǒng)，用于實現(xiàn)以下測試需求：①車身系統(tǒng)功能測試，影音娛樂系統(tǒng)功能測試，動力、底盤系統(tǒng)信號接口功能測試；②總線物理層測試，總線數(shù)據(jù)鏈路層測試，總線網(wǎng)絡(luò)管理層測試；③總線診斷協(xié)議測試，各控制器診斷功能測試；④網(wǎng)關(guān)路由、功能測試；⑤電源啟停行為測試、電壓測試、靜態(tài)電流測試、電源管理測試；⑥硬線信號測試。

圖1 總線拓撲示意圖

為滿足以上測試需求，采用基于VT硬件系統(tǒng)的設(shè)計，開發(fā)測試系統(tǒng)。Vector System（以下簡稱VT系統(tǒng)）是德國Vector Informatik公司針對車載總線網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的一款功能測試工具。VT系統(tǒng)作為一個車身電氣的通用測試平臺，可實現(xiàn)對單個控制器節(jié)點的測試以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的集成測試。該測試系統(tǒng)的主要軟硬件均采用德國Vector公司的測試工具，軟件使用CANoe，主要用來模擬與ECU通信相關(guān)的數(shù)據(jù)環(huán)境，提供被測ECU需要輸入的總線、硬線信號，并通過VT系統(tǒng)硬件發(fā)送仿真信息與監(jiān)測被測ECU的狀態(tài)信息。

基于VT硬件的測試系統(tǒng)，與整車電器功能測試臺架匹配使用。整車測試臺架布置整車真實線束、ECU控制器、執(zhí)行器、傳感器等部件，整車測試臺架搭建完成后，應(yīng)用線束進行測試系統(tǒng)與整車測試臺架的接口連接、調(diào)試，完成測試系統(tǒng)與整車測試臺架的匹配。通過測試系統(tǒng)總線、硬線信號仿真、模擬、監(jiān)控功能，依據(jù)設(shè)計的測試用例［2］，由測試人員執(zhí)行測試，開展整車電器臺架的相應(yīng)測試工作。測試系統(tǒng)主要由VT硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成，如圖2所示。

圖2 VT測試系統(tǒng)

2 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計

測試系統(tǒng)硬件由測試系統(tǒng)機柜、供電模塊、實時處理器板卡VT6051A、通信板卡VT6204、I/O板卡VT2516、VT系統(tǒng)的激勵模塊VT2004A、VT系統(tǒng)的底板VT8012、傳感器仿真板卡VT2710等組成。

2.1 測試機柜

測試機柜用于安裝集成各硬件模塊及附件，進口定制機柜Schroff 25U，包含定制的機箱插槽、面板和菲尼克斯連接器附件等。

2.2 供電模塊

供電模塊采用Vector 12 V恒定電壓的電源模塊，該模塊的尺寸和形狀使其能夠與VT系統(tǒng)組件兼容，用于VT系統(tǒng)的供電。

2.3 實時處理器板卡

為保證測試執(zhí)行的實時性，采用VT實時處理板卡VT6051A，運行實時操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對VT板卡的管理和數(shù)據(jù)交互。其基本特性如下：①主頻2.5 GHz，4 G RAM；②采用Intel i7 DualCore處理器。

2.4 通信板卡

總線通信仿真基于VT6204實現(xiàn)，VT6204具有4通道高性能CAN/LIN及FlexRay通信接口，具有如下特性。

1）獨立4通道通信接口，每通道可通過Piggy模塊配置為CAN或LIN接口，支持CAN-FD。

2）通過VT系統(tǒng)實現(xiàn)通信接口的硬件同步，并提供同步接口。

3）每通道都可通過繼電器實現(xiàn)斷路、線間短路和對搭鐵對電源短路電氣故障。

4）通過RLCpiggy模塊實現(xiàn)電阻、電容和電感的配置， 用戶可以根據(jù)自己的獨特需求來焊接相應(yīng)的電阻、電感、電容，板卡的技術(shù)參數(shù)并沒有限制電阻、電容、電感的配置數(shù)值范圍，用戶可以根據(jù)實際需求進行焊接配置。

5）終端電阻可配置。這里的終端電阻指的是總線的終端電阻，可配置指的不是終端電阻值的大小，而是是否連接終端電阻。板卡內(nèi)部帶有一個120Ω的終端電阻，通過繼電器控制，用戶可以根據(jù)自己的需求來決定是否將該電阻連接到總線上。

6）接收和發(fā)送的總線負載可達100%。

2.5 數(shù)字I/O板卡

為實現(xiàn)基本邏輯功能測試以及ECU數(shù)字型輸入通道的門限有效電壓測試，對數(shù)字I/O輸出通道可以仿真開關(guān)型、脈沖型信號，且數(shù)字信號的門限電平可以設(shè)置。采用數(shù)字I/O板卡VT2516，其具有16路復(fù)合功能的采集通道，每通道特性如下。

1）開關(guān)信號仿真：可通過電阻配置為上拉或下拉型開關(guān)信號，電壓范圍0～25V。

2）PWM信號仿真：頻率范圍為15 mHz～25 MHz，可仿真車速等信號。

3） 數(shù)字信號采集：可設(shè)置門限電壓（0～25 V）采集開關(guān)信號，可采集PWM信號頻率（15 mHz～25 MHz）和占空比。

4）電壓信號采集：采集范圍-40～40V。

5）故障仿真：可產(chǎn)生對搭鐵以及電源短路故障。

2.6 激勵模塊

此方案采用任意信號發(fā)生板卡VT2004A實現(xiàn)，其具有4路復(fù)合功能通道，每通道的特性如下。

1）電壓模擬量仿真：電壓輸出范圍0～27 V，仿真精度0.5%。

2）電位計信號仿真：電位計參考電壓輸入范圍為0～20 V，輸入阻抗5 kΩ，可仿真節(jié)氣門開度傳感器等。

3）電阻信號仿真：1～3通道電阻仿真范圍為10Ω～10 kΩ（即10～100Ω精度為2Ω；100Ω～10 kΩ精度為2%；10～150 kΩ精度為10%），4通道電阻仿真范圍1～250 kΩ（即1～100Ω精度為2Ω； 100Ω～250 kΩ精度為2%）。

4）PWM信號仿真：頻率范圍0.1 Hz～25 kHz，可用于發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸信號等仿真。

5）故障仿真：可產(chǎn)生對搭鐵以及電源短路故障。

2.7 傳感器仿真模塊

傳感器仿真模塊采用VT2710板卡，具有10通道，可滿足如下信號的仿真功能：①4通道可配置的PSI5和SENT通道；②2通道的SPI；③2通道UART/RS232/RS422/RS485；④2通道I2C；⑤可額外提供2通道LVDS。

同時，針對PSI5和SENT通道，VT2710板卡具有如下的電氣特性：①傳感器供電可達25 V/200 mA；②可產(chǎn)生PSI5的同步脈沖，且電壓、時隙、保持時間可調(diào)；③電流模塊信號可調(diào)，高低電流速率可達200 kBit/s；④可產(chǎn)生短路PSI5和SENT信號的短路故障；⑤可仿真各種阻性和容性負載。

2.8 VT系統(tǒng)底板

系統(tǒng)底板VT8012用于連接VT模塊和工控機，該底板最多可插12個VT模塊，同時為VT模塊電源接口。

3 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

測試系統(tǒng)軟件CANoe用于實現(xiàn)VT硬件的配置、硬線和總線仿真信號管理、測試數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能，同時針對PSI5等特殊傳感器仿真，應(yīng)用CANoe.Option sensor 功能實現(xiàn)對傳感器仿真信號的配置。通過CANoe配置其測試環(huán)境，搭建虛擬節(jié)點［3］和測試程序，每個虛擬節(jié)點通過CAPL［4］實現(xiàn)信號、報文仿真，發(fā)送。

3.1 測試軟件

測試管理軟件基于CANoe，實現(xiàn)以下相關(guān)的功能需求。

1）硬件配置：CANoe提供圖形化的硬件配置功能，實現(xiàn)對VT各板卡的屬性配置及板卡控制。

2）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置：創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)管理環(huán)境，配置網(wǎng)絡(luò)中需檢測和記錄報文及數(shù)據(jù)和記錄報文及數(shù)據(jù)，如報文時間間隔，預(yù)定義的信息等，并可定義針對特定事件的動作及交互信息。

3）可記錄測試過程的總線報文，導(dǎo)出記錄文件，并可回放記錄文件，測試監(jiān)控及數(shù)據(jù)記錄。

4）CANoe提供Panel功能，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測及測試參數(shù)修改，針對該系統(tǒng)的監(jiān)控功能包括：①控制信號的仿真，如電源上電、電壓控制、車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等參數(shù)設(shè)置；②狀態(tài)監(jiān)控，通過報文或硬線監(jiān)控被測控制器的狀態(tài)反饋，如電流消耗、故障狀態(tài)等；③同步跟蹤和記錄所配置的報文及數(shù)據(jù)。

3.2 傳感器仿真軟件

傳感器仿真軟件基于CANoe.Option.Sensor。CANoe.Option. Sensor主要用于ECU連接的數(shù)字傳感器的分析、測試和仿真，需在CANoe軟件環(huán)境中使用，使用時需要VT2710（特殊傳感器仿真板卡）作為網(wǎng)絡(luò)接口，是VT2710所對應(yīng)的配置軟件。主要應(yīng)用領(lǐng)域有動力、安全、舒適領(lǐng)域，比如壓力傳感器、空氣流量傳感器、加速度傳感器、雨量傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、溫度傳感器等。

3.3 測試程序設(shè)計

測試程序的開發(fā)主要包括測試腳本和人機交互［5］2部分。

1）測試系統(tǒng)的測試程序主要通過CAPL語言實現(xiàn)，可以對虛擬的控制系統(tǒng)進行編程。①CAPL語言基于事件觸發(fā)的程序，可由總線事件、時間事件、鍵盤事件觸發(fā)，同時可直接調(diào)用CANoe中的系統(tǒng)函數(shù)，完成仿真報文開發(fā)，如動力、底盤等相關(guān)報文與測試相關(guān)的必要報文實現(xiàn)與車身交互；②硬件I/O仿真控制，如溫度、燃油傳感器、巡航開關(guān)等信號仿真；③總線硬件故障仿真控制，如短路、斷路故障硬件的仿真控制及節(jié)點丟失軟故障；④仿真模型設(shè)計，如通過典型周期報文檢測節(jié)點的在線、掉線狀態(tài)。建立車身域、動力域、底盤域交互功能的定性模型，如來自車身電源狀態(tài)信號對車速報文的影響，交互功能的信號設(shè)計。測試腳本語言如圖3所示。

圖3 測試腳本

2）人機交互界面設(shè)計通過Pannel Designer開發(fā)，實現(xiàn)測試操作與軟件程序的關(guān)聯(lián)。Pannel中包含總線、硬線信號相應(yīng)設(shè)置與監(jiān)測窗口，如圖4所示。

圖4 人機交互界面

4 測試過程

測試系統(tǒng)連接整車測試臺架，系統(tǒng)的硬件和軟件配置完成后，在上位機上設(shè)置CANoe的測試環(huán)境，打開人機界面Pannel面板，依據(jù)測試用例要求，配置需仿真的總線信號、硬線信號或傳感器信號，發(fā)送至整車測試臺架上的被測系統(tǒng)，構(gòu)建系統(tǒng)的測試環(huán)境，應(yīng)用CANoe的數(shù)據(jù)采集功能，監(jiān)測關(guān)注的信號，查看被測對象信號的邏輯響應(yīng)與功能行為。通過對被測對象信號與行為的分析，判斷是否與預(yù)期結(jié)果一致，達成功能測試目標(biāo)。如以測試儀表的擋位顯示功能為例，首先將測試系統(tǒng)與整車臺架上電、配置完成，然后在上位機CANoe軟件中配置仿真信息，仿真變速器控制單元發(fā)送的所有總線報文信息，在人機交互界面上更改擋位信號值，依據(jù)測試用例要求執(zhí)行測試步驟，查看測試的預(yù)期結(jié)果。

同時，可應(yīng)用測試系統(tǒng)的仿真測試功能，完成對整車測試臺架的總線物理層測試、通信測試、診斷測試、網(wǎng)關(guān)路由測試、硬線信號測試、相關(guān)電性能測試等。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)是基于Vector VT硬件與軟件的測試系統(tǒng)。VT硬件系統(tǒng)可提供各ECU所需的硬線和CAN總線信號，并能對ECU發(fā)送信號進行采集，應(yīng)用上位機軟件CANoe完成仿真信號設(shè)計與軟硬件環(huán)境配置，連接整車電器功能測試臺架，實現(xiàn)了整車臺架總線、功能測試與相應(yīng)電氣特性測量，使臺架測試的覆蓋度與精度更高，對臺架功能測試具有重要的意義。

參考文獻：

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