AMT控制器硬件在環(huán)自動(dòng)化測試分析與應(yīng)用

李昕昕 何發(fā)堯

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司）

近幾年重型商用車使用自動(dòng)變速器的趨勢持續(xù)增加。其中以12 擋及以上的電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）最為常見。國外對AMT 系統(tǒng)的研究起步較早，在20 世紀(jì)末，采埃孚的Tronic 系列和奔馳的Sprintshift系列變速器都已經(jīng)面世[1]。國內(nèi)部分高校和廠家在20年前已經(jīng)開始了AMT 變速器的研究和探索[2]。但國內(nèi)在AMT 控制器及控制策略等核心技術(shù)方面基礎(chǔ)較弱。目前汽車電控軟件的開發(fā)主要基于快速應(yīng)用開發(fā)模型[3]，其中硬件在環(huán)是開發(fā)中非常重要的一步。在實(shí)車標(biāo)定之前，通過充足的硬件在環(huán)仿真測試，可以降低實(shí)車測試的風(fēng)險(xiǎn)[4]和縮短開發(fā)周期。文章對于AMT 控制器硬件在環(huán)測試的研究主要集中于對軟件控制策略和故障診斷方面的驗(yàn)證。然而，在實(shí)際開發(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。采用準(zhǔn)確可靠、一致性和復(fù)用性好的自動(dòng)化測試，可以大大提高測試的效率[5]。

1 測試平臺(tái)的搭建

1.1 硬件系統(tǒng)

AMT 控制器硬件在環(huán)硬件系統(tǒng)，如圖1 所示。其中dSPACE 硬件平臺(tái)為 SCALEXIO 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，由SCALEXIO 系統(tǒng)處理器模塊、DS2680 多通道I/O 板卡、DS2671 四通道的總線通信板卡等組成。選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)與離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用實(shí)物，其電磁閥和位移傳感器均采用真實(shí)信號(hào)。輸入軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速、溫度傳感器等值采用模擬信號(hào)。為方便系統(tǒng)搭建，控制器并沒有與選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)集成在一起。上位機(jī)負(fù)責(zé)一些軟件操作界面的顯示。CANape 用來進(jìn)行控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集和標(biāo)定。

圖1 AMT 控制器硬件在環(huán)硬件系統(tǒng)示意圖

1.2 軟件系統(tǒng)

硬件在環(huán)測試的實(shí)現(xiàn)過程是將控制器放置在一個(gè)虛擬的車輛環(huán)境中，此虛擬環(huán)境是通過搭建車輛模型（軟件）、下載至實(shí)時(shí)仿真板卡（硬件）實(shí)現(xiàn)的。圖2 示出AMT控制器軟件系統(tǒng)。dSPACE 軟件平臺(tái)一般包括ConfigurationDesk，ModelDesk，ControlDesk 等軟件，一般配置好以后，經(jīng)常使用的就是測試管理軟件ControlDesk。

圖2 AMT 控制器硬件在環(huán)軟件系統(tǒng)示意圖

整個(gè)軟件系統(tǒng)中最為核心的就是整車模型，由MATLAB/Simulink 搭建而成，dSPACE 與 MATLAB 可以無縫連接，實(shí)現(xiàn)代碼的快速生成和下載。圖2 所示的整車模型主要包括五部分：

1）Soft_ECU 模型。該模型主要包括 Soft_ECU_Engine_Basic 和 Soft_ECU_Transmission 兩部分，因?yàn)楸狙芯康淖兯倨鞑捎玫氖钦鎸?shí)控制器，所以只考慮發(fā)動(dòng)機(jī)部分即可。其主要功能為：發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制，防止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過低；對自動(dòng)變速箱控制單元（TCU）的轉(zhuǎn)速和扭矩限制請求給予響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)換擋過程中的超越控制，調(diào)節(jié)踏板開度，完成變速器換擋。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)模型。由于本研究的側(cè)重點(diǎn)是TCU 測試，所以并不需要復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)模型，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)模型主要包括一個(gè)真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的Map 圖，通過查表獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。燃油消耗率模型采用一個(gè)簡單的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模型，用來計(jì)算油耗及發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放。摩擦扭矩模型主要為一個(gè)摩擦扭矩Map 圖，用來計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦扭矩。

3）傳動(dòng)系統(tǒng)模型。傳動(dòng)系統(tǒng)模型包括曲軸模型、變速器模型、差速器模型、起動(dòng)機(jī)模型和臺(tái)架模型等標(biāo)準(zhǔn)模型。

4）車輛動(dòng)力學(xué)模型。車輛動(dòng)力學(xué)模型的主要作用是根據(jù)行駛阻力（空氣、坡度、摩擦等）計(jì)算負(fù)載扭矩。

5）環(huán)境模型。環(huán)境模型主要包括駕駛員模型和道路模型。其中駕駛員模型可以選擇不同的循環(huán)工況進(jìn)行測試。

2 自動(dòng)化測試

要進(jìn)行自動(dòng)化測試，可以在AutomationDesk 環(huán)境下開發(fā)自動(dòng)化測試序列和腳本，也可以選擇第三方的自動(dòng)化測試軟件。本項(xiàng)目選擇的ECU-TEST 是用于驗(yàn)證汽車電子嵌入式系統(tǒng)的測試自動(dòng)化軟件，具有直觀可視化的用戶界面、通用的測試算例描述，測試的可重復(fù)性高、支持多種測試工具和測試環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 自動(dòng)化測試的實(shí)現(xiàn)

商用車使用工況復(fù)雜，在某些工況下，需要在經(jīng)濟(jì)模式和動(dòng)力模式之間切換。文章以激活動(dòng)力模式為例，說明自動(dòng)化測試的實(shí)現(xiàn)過程。表1 示出控制器激活動(dòng)力模式的測試需求。按照此需求，在ECU-TEST 操作界面里進(jìn)行拖拽式操作即可。此外，還可以添加中文標(biāo)題和注釋，方便查找和檢查測試結(jié)果。

表1 AMT 控制器激活動(dòng)力模式的測試需求表

圖3 示出控制器激活動(dòng)力模式的測試報(bào)告。從圖3可以看出，測試步驟僅為13 步，第1 步和第2 步是開始記錄數(shù)據(jù)，分別記錄了VeMD_StTrsmPerf 和TC1_ButtonEcoPerformance，與之對應(yīng)的結(jié)束記錄數(shù)據(jù)是第11 步和第12 步。第4 步與第5 步對應(yīng)預(yù)先條件里面的 2 個(gè)標(biāo)定操作。第 6 步為設(shè)置 TC1_ButtonEcoPerformance=1，第7 步是檢測VeMD_StTrsmPerf是否等于1，第8 步和第9 步操作類似。分析此測試報(bào)告可以看出，第7 步測試結(jié)果成功，通過測試，但第9 步測試結(jié)果為不確定（INCONCLUSIVE），在經(jīng)過了45 次嘗試，1 009.274 ms 的時(shí)長后，才通過了這一步。圖4 示出與測試報(bào)告同時(shí)生成的控制器激活動(dòng)力模式時(shí)的觀測量變化圖。結(jié)合圖3 可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)/動(dòng)力模式按鈕（TC1_ButtonEcoPerformance）的值按要求變化了，但車輛狀態(tài)（VeMD_StTrsmPerf）的值一直是1，沒有變?yōu)?，與預(yù)期的結(jié)果不符，所以第9 步測試結(jié)果為不確定，整個(gè)測試的結(jié)果也會(huì)顯示為不確定。

圖3 AMT 控制器激活動(dòng)力模式的測試報(bào)告顯示界面

圖4 AMT 控制器激活動(dòng)力模式時(shí)觀測量變化曲線圖

2.2 自動(dòng)化測試的維護(hù)和復(fù)用

從前面的測試可以看出，測試結(jié)果并不是總按照預(yù)期結(jié)果進(jìn)行。當(dāng)測試結(jié)果出現(xiàn)失敗或不確定時(shí)，就需要檢驗(yàn)測試算例設(shè)置是否正確，測試條件是否考慮充分，軟件邏輯是否正確，然后再進(jìn)行測試。分析可得，第9 步的測試算例步驟有可能設(shè)置得有歧義，數(shù)值應(yīng)該設(shè)置為0，即判斷VeMD_StTrsmPerf 是否等于0?？梢孕薷拇藴y試算例后再進(jìn)行測試。

對于有疑問的測試算例，也可以通過增加測試次數(shù)或改變賦值的方法進(jìn)行重復(fù)測試，來確認(rèn)軟件邏輯是否正確。在ECU-TEST 里面要實(shí)現(xiàn)重復(fù)測試非常容易，只需要通過拖拽操作，然后設(shè)置循環(huán)次數(shù)即可。如果重復(fù)測試結(jié)果仍然顯示為不確定或者失敗，則需要檢測軟件邏輯是否正確。

在實(shí)際使用過程中，還存在某1 種工況或者某幾步操作在很多測試算例中都會(huì)使用的情況。雖然拖拽操作很方便，但每次進(jìn)行重復(fù)的操作也會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和增加出錯(cuò)的可能。在ECU-TEST 里，可以將常用的操作保存為.pkg 格式的文件，在其他測試算例中，直接插入此.pkg 文件就可以使用。比如，可以將上電啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)下電的過程作為固定的.pkg，在寫其他測試算例的時(shí)候直接插入使用即可。這樣明顯提高了測試算例的復(fù)用率，節(jié)約了測試時(shí)間。

3 自動(dòng)化測試在故障注入中的應(yīng)用

故障注入測試是驗(yàn)證AMT 電控系統(tǒng)安全性的重要手段，使用人工手段進(jìn)行故障注入測試的重復(fù)工作量大，使用文章所述的硬件在環(huán)自動(dòng)化測試平臺(tái)可以快速、有效地完成大量的故障注入測試。目前，本研究可以實(shí)現(xiàn)電磁閥、傳感器、CAN 報(bào)文超時(shí)等故障的測試，文章以CAN 報(bào)文超時(shí)為例，說明自動(dòng)化測試在故障注入中的應(yīng)用。

圖5 示出CAN 總線電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器1（EEC1）報(bào)文超時(shí)測試步驟。EEC1 報(bào)文周期為0.01 s，將周期改為0.1 s，等待5 s 后再將報(bào)文周期恢復(fù)為0.01 s。整個(gè)過程用CANalyzer 采集DM01 的數(shù)據(jù)?？梢哉业紼EC1報(bào)文超時(shí)對應(yīng)的故障診斷碼（DTC）為43FFFF01。證明此報(bào)文超時(shí)故障注入成功，且DM01 成功將此故障發(fā)送到CAN 總線上，說明故障診斷機(jī)制可以正常工作。

圖5 CAN 總線EEC1 報(bào)文超時(shí)測試算例步驟顯示界面

此故障注入的測試算例可以根據(jù)實(shí)際需求再進(jìn)行完善和補(bǔ)充，比如CANalyzer 采集DM01 數(shù)據(jù)的過程也可以經(jīng)過配置，在1 個(gè)ECU-TEST 算例里面實(shí)現(xiàn)。后續(xù)還要測試在故障狀態(tài)時(shí)控制軟件的處理機(jī)制，也可以將相應(yīng)的故障注入測試算例作為標(biāo)準(zhǔn).pkg 文件，根據(jù)實(shí)際需求組合使用，提高測試效率。

4 結(jié)論

文章對AMT 控制器的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)總體布置方案，以及軟件功能和故障注入的自動(dòng)化測試方法進(jìn)行了介紹。按照該方法，使用ECU-TEST 可以使自動(dòng)測試更直觀，能夠有效地對測試結(jié)果進(jìn)行評估。此外，測試算例的維護(hù)和復(fù)用也很容易實(shí)現(xiàn)，減少了測試算例的實(shí)際開發(fā)量，也降低了不同AMT 軟件版本重復(fù)測試的工作量，大大降低了測試成本。