基于硬件在環(huán)的電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器自動(dòng)化測(cè)試研究及應(yīng)用

孔令靜 從宏超 梁長(zhǎng)飛 盛亞楠

摘 要：介紹了一種基于dSPACE的電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)。同傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)相比，HIL（硬件在環(huán)）的測(cè)試效率更高，測(cè)試覆蓋面積更廣。該仿真系統(tǒng)包括整車(chē)控制器、dSPACE機(jī)柜、PC機(jī)及其整車(chē)控制器與dSPACE相連接的線束，上述仿真測(cè)試系統(tǒng)更加接近于真實(shí)整車(chē)環(huán)境。本文以定速巡航測(cè)例為例在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果更接近實(shí)際，更為準(zhǔn)確，縮短整車(chē)控制器研發(fā)的周期。

關(guān)鍵詞：dSPACE;硬件在環(huán);電動(dòng)汽車(chē);整車(chē)控制器

隨著電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電控系統(tǒng)的使用也越來(lái)越受各大零部件及汽車(chē)廠商的青睞，而電控單元的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)HIL（Hardware in the loop）測(cè)試。HIL測(cè)試系統(tǒng)為電控單元提供一套完整閉環(huán)驗(yàn)證環(huán)境，從而盡早提高電控單元軟件質(zhì)量，縮短電控單元的開(kāi)發(fā)周期。整車(chē)控制器做為電動(dòng)汽車(chē)的核心零件，其HIL測(cè)試尤為重要。

1 HIL測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

HIL（Hardware in the loop）是一種電控單元（ECU）的一種測(cè)試方法， 模擬的控制對(duì)象形成閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)ECU功能和性能的測(cè)試，如圖1所示。HIL作為替代真實(shí)環(huán)境或設(shè)備的一種典型測(cè)試方法，既提高了仿真的逼真性，有解決了以前存在于系統(tǒng)中的許多復(fù)雜建模難題。在開(kāi)發(fā)初期階段，需要快速地建立控制對(duì)象原型及控制器模型，并對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行多次離線及在線的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證控制系統(tǒng)軟件、硬件方案的可行性，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為快速原型控制（RCP）[1]。而dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)為HIL和RCP的應(yīng)用提供了一個(gè)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的一體化解決途徑。dSPACE研發(fā)了一套控制系統(tǒng)和半實(shí)物仿真的軟硬件工作平臺(tái)，該平臺(tái)是基于MATLAB/Simulink并且與其擁有很高的契合度[2]。此外，dSPACE的軟件環(huán)境具有功能強(qiáng)大和用戶易操作的特點(diǎn)，包括自動(dòng)生成代碼/下載和試驗(yàn)/調(diào)試的一整套工具包[3]。

本文基于搭建的HIL測(cè)試平臺(tái)，對(duì)VCU（Vehicle Control Unit）各功能點(diǎn)進(jìn)行了自動(dòng)化測(cè)試。自動(dòng)化測(cè)試的流程如圖2所示，首先根據(jù)待測(cè)VCU的電氣特性進(jìn)行HIL臺(tái)架硬件平臺(tái)和仿真模型的搭建，然后根據(jù)VCU功能規(guī)范對(duì)測(cè)試用例進(jìn)行系統(tǒng)的編寫(xiě)，再依據(jù)測(cè)試用例對(duì)測(cè)試序列進(jìn)行搭建并將搭建好的測(cè)試序列進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試，最后對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行整理與分析。本文以定速巡航的HIL自動(dòng)化測(cè)試為例，對(duì)自動(dòng)化測(cè)試流程進(jìn)行系統(tǒng)的闡述[4]。

2 HIL測(cè)試平臺(tái)開(kāi)發(fā)

2.1 HIL測(cè)試系統(tǒng)組成

HIL系統(tǒng)由仿真硬件平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)室管理軟件和實(shí)時(shí)仿真模型組成。其中仿真硬件平臺(tái)包括機(jī)柜、可編程電源、實(shí)時(shí)仿真機(jī)、信號(hào)板卡、信號(hào)調(diào)理板卡、故障注入板卡等，如圖3所示。

2.2 HIL測(cè)試系統(tǒng)硬件搭建

仿真試驗(yàn)運(yùn)行的支撐平臺(tái)，主要由配有各類(lèi)I/O板卡及通信板卡的高性能實(shí)時(shí)仿真器及運(yùn)行的仿真模型組成。仿真機(jī)的模型通過(guò)CAN總線及模擬數(shù)字量I/O等方式與待測(cè)ECU進(jìn)行交互，控制程控電源給待測(cè)件供電，控制故障注入板箱執(zhí)行電器故障的仿真和注入。如圖4所示為本公司購(gòu)買(mǎi)的dSPACE Simulator實(shí)物，主要由兩塊板卡構(gòu)成：DS1006實(shí)時(shí)處理器板卡和DS2211 I/O板卡。

故障注入單元主要用于模擬硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)中電氣故障的測(cè)試裝置，用于檢測(cè)被測(cè)件在電氣故障條件下的穩(wěn)定性及診斷故障碼[5]，如圖5所示。

故障注入箱的前面板排列有多個(gè)插頭，可通過(guò)將插頭拔出進(jìn)行短路、開(kāi)路、短路到地、短路到電源的故障注入，也可直接從輸出端進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)和激勵(lì)信號(hào)的輸入，如圖6所示。

線束是機(jī)柜、臺(tái)架與被測(cè)樣件之間的連接紐帶，也是HIL測(cè)試系統(tǒng)的重要準(zhǔn)備工作，線束連接工作如圖7所示。

2.3 搭建整車(chē)仿真模型

本文根據(jù)純電動(dòng)車(chē)型的特點(diǎn)，建立了VCU閉環(huán)測(cè)試模型，如圖8所示。模型由IO接口模型和純電動(dòng)車(chē)輛模型兩部分組成。其中IO接口模型主要由VCU硬線輸入輸出模塊、CAN總線模塊組成，純電動(dòng)車(chē)輛模型主要包括駕駛員模型、電池模型、電機(jī)模型和減速器模型等，如圖9所示。

2.4 VCU測(cè)試上位機(jī)搭建

本文采用的上位機(jī)軟件主要為dSPACE公司開(kāi)發(fā)的ControlDesk和AutomationDesk，來(lái)進(jìn)行HIL的自動(dòng)化測(cè)試。

1）ControlDesk 加載模型經(jīng)過(guò)編譯后的sdf數(shù)據(jù)庫(kù)。將所調(diào)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和修改，如圖10所示。

2）AutomationDesk 圖形化的自動(dòng)化測(cè)試序列編寫(xiě)軟件。通過(guò)調(diào)用ControlDesk中的數(shù)據(jù)控件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，并且在自動(dòng)化測(cè)試的過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)記錄生成測(cè)試報(bào)告。

3 HIL自動(dòng)化測(cè)試

本文基于AutomationDesk 軟件，對(duì)VCU定速巡航功能點(diǎn)的測(cè)例進(jìn)行HIL自動(dòng)化測(cè)試，具體的測(cè)試過(guò)程如下所示：

1）測(cè)試需求。在整車(chē)“ready”下，車(chē)速在40 km/h以上時(shí)，整車(chē)能正常進(jìn)入和退出定速巡航功能。

2）測(cè)試用例描述。整車(chē)“ready”按下巡航開(kāi)關(guān)按鍵“on”整車(chē)進(jìn)入預(yù)巡航狀態(tài)，儀表顯示“巡航指示燈閃爍”;當(dāng)前車(chē)速40km/h

3）測(cè)試序列。在建好的數(shù)據(jù)字典與基本動(dòng)作庫(kù)中，對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行拖拽選取，形成測(cè)試序列。

4）測(cè)試執(zhí)行。對(duì)搭建好的測(cè)試序列進(jìn)行系統(tǒng)批量的執(zhí)行。

5）測(cè)試結(jié)果的分析。整車(chē)進(jìn)入預(yù)巡航狀態(tài)，信號(hào)crd_flg_CrsStatus_off2Pre觸發(fā)，由0到1，如圖11所示;整車(chē)進(jìn)入巡航狀態(tài)，車(chē)速在大于40km/h時(shí)，信號(hào)crd_flg_CrsStatus_Pre2On觸發(fā)，由0到1，如圖12所示;整車(chē)進(jìn)入巡航暫停狀態(tài)，信號(hào)crd_flg_CrsStatus_On2Cancel觸發(fā)，由0到1，如圖13所示。以上測(cè)試結(jié)果均滿足測(cè)試的預(yù)期結(jié)果。

4 總結(jié)

在新能源汽車(chē)的控制器開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中，HIL測(cè)試具有非常重要的地位。對(duì)于整車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)，采用HIL自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，可以對(duì)整車(chē)控制器策略（特別是極端危險(xiǎn)工況下的控制策略）進(jìn)行驗(yàn)證優(yōu)化，可以減少實(shí)車(chē)的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，完成一些實(shí)車(chē)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的故障測(cè)試，一定程度上縮短整車(chē)控制器研發(fā)的周期。

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