電動(dòng)汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試方法研究

黃 禮，黃祖朋，鐘日敏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

前言

隨著環(huán)保理念逐漸深入人心，電動(dòng)汽車已成為全球汽車生產(chǎn)企業(yè)的重要發(fā)展方向。線控制動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車的核心部件，涉及制動(dòng)、能量回收、自適應(yīng)巡航和自動(dòng)緊急剎車等多項(xiàng)功能，對(duì)整車的經(jīng)濟(jì)性、舒適性及安全性有著緊密的聯(lián)系，因此必須在車輛研發(fā)階段對(duì)其進(jìn)行充分的測(cè)試。硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)仿真模擬與線控制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的零件并與線控制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線控制動(dòng)系統(tǒng)全場(chǎng)景、全功能的自動(dòng)化快速測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)軟件的缺陷，減少實(shí)車驗(yàn)證時(shí)間[1]，確保軟件功能符合設(shè)計(jì)要求。

1 線控制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)燃油車的制動(dòng)系統(tǒng)由制動(dòng)踏板、真空助力部件（EVP）和防滑控制部件（ESP、ABS）等組成，沒(méi)有制動(dòng)能量回收功能，如果在電動(dòng)汽車上使用會(huì)浪費(fèi)掉大量的制動(dòng)能量。線控制動(dòng)系統(tǒng)（E-Booster）利用線控制動(dòng)系統(tǒng)控制器和線控制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行器（主要是伺服電機(jī)系統(tǒng)）代替了真空助力部件，將有效地解決傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能量無(wú)法回收的痛點(diǎn)。在駕駛員制動(dòng)時(shí)，線控制動(dòng)系統(tǒng)控制器依據(jù)動(dòng)力總成的工作狀態(tài)和駕駛員的制動(dòng)需求控制電機(jī)實(shí)施電制動(dòng)，電機(jī)制動(dòng)力不足部分通過(guò)液壓制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)充。制動(dòng)過(guò)程中踏板行程模擬器會(huì)將踏板力和輪缸壓力進(jìn)行解耦，使電機(jī)電制動(dòng)部分的能量得到回收，提升整車的續(xù)航能力，還改善了駕駛員制動(dòng)過(guò)程的舒適性。此外，線控制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)其控制器與智能駕駛（ADAS）零件進(jìn)行交互，可以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)智能駕駛部件的制動(dòng)需求。

電動(dòng)汽車上與線控制動(dòng)系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)的零件有整車控制器（VCU）、電機(jī)控制器（MCU）、智能駕駛部件（ADAS）和防滑控制部件（ABS、ESC）等。線控制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能量回收的工作流程為：線控制動(dòng)系統(tǒng)采集駕駛員的制動(dòng)需求并將制動(dòng)扭矩請(qǐng)求發(fā)送給VCU，VCU計(jì)算出電機(jī)最大電制動(dòng)能力再發(fā)送給線控制動(dòng)系統(tǒng)控制器，隨后線控制動(dòng)系統(tǒng)控制器計(jì)算出不足部分的制動(dòng)力并液壓制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)充（圖1）。如此，電制動(dòng)替代了相當(dāng)大部分的機(jī)械制動(dòng)，減小了機(jī)械摩擦能量損失，增加了電機(jī)的回收能量，從而增加了整車的行駛里程。

圖1 線控制動(dòng)系統(tǒng)能量回收示例

2 線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試

硬件在環(huán)測(cè)試使用Matlab Simulink建模仿真與線控制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行交互的零件（VCU、MCU和ADAS等），然后在實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)環(huán)境里運(yùn)行這些模型，通過(guò)I/O接口及外部線束與線控制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行連接及交互。如此，測(cè)試精度可以根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況進(jìn)行控制，極限工況、故障注入測(cè)試也可以進(jìn)行完全模擬，還可通過(guò)編寫(xiě)自動(dòng)化測(cè)試腳本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試。

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文提出的線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試方法主要包括：（1）通過(guò)Matlab Simulink進(jìn)行測(cè)試模型的開(kāi)發(fā)；（2）使用Dspace公司的Configuration Desk軟件對(duì)與線控制動(dòng)系統(tǒng)交互的零件的I/O接口進(jìn)行分配；（3）通過(guò)外部線束將線控制動(dòng)系統(tǒng)控制器與實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行連接，并對(duì)測(cè)試模型進(jìn)行編譯；（4）將編譯好的測(cè)試模型導(dǎo)入Dspace公司的上位機(jī)軟件ControlDesk，然后通過(guò)上位機(jī)控制實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被控部件與線控制動(dòng)系統(tǒng)的交互測(cè)試（圖2）[2]。

圖2 硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.1.1 測(cè)試模型的搭建

線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試模型分為四大模塊進(jìn)行搭建，分別是Simulator、E-booster、BusSystems和MDL。Simulator模型搭建主要是用于控制和監(jiān)控實(shí)時(shí)仿真機(jī)柜的狀態(tài)，例如機(jī)柜的電源電壓、電流的上下限值、下電狀態(tài)釋放、電源輸出指令、機(jī)柜電壓采集、機(jī)柜電流采集和電源狀態(tài)采集等狀態(tài)；Booster模塊是用于硬件接口模型的搭建，該模塊將實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和線控制動(dòng)系統(tǒng)交互硬件引腳屬性的配置；BusSystems是模型搭建的核心模塊，定義和配置線控制動(dòng)系統(tǒng)接收CAN報(bào)文信號(hào)的屬性。MDL也是模型搭建的核心模塊，為整車被控對(duì)象仿真模塊，針對(duì)線控制動(dòng)系統(tǒng)的被控對(duì)象，需要在此模塊搭建VCU、MCU、ADAS和制動(dòng)防滑部件的模型。

2.1.2 I/O接口的配置

線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試通過(guò)ConfigurationDesk軟件實(shí)現(xiàn)硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)輸入、輸出端口的配置。配置的內(nèi)容包括：線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件端口配置、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)板卡端口配置和模型端口的配置。

（1）線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件端口配置。首先將端口的類型進(jìn)行分組管理，例如數(shù)字類型端口、模擬類型端口及PWM波型端口等，然后定義端口的名稱、描述和設(shè)備類型，例如定義輸入輸出、端口編號(hào)和端口類型等，定義好這些屬性后將其拖到配置工作區(qū)中。

（2）實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)硬件端口配置。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)已有的硬件資源中選擇與線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件端口相對(duì)應(yīng)端口，將其拖動(dòng)到配置工作區(qū)中，然后配置端口的屬性，端口的編號(hào)、描述、電位以及故障注入等屬性，然后根據(jù)屬性編號(hào)，使用外部線束將線控制動(dòng)系統(tǒng)控制器與實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)連接，至此，完成線控制動(dòng)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的連接。

（3）模型接口的配置，右鍵點(diǎn)擊實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)硬件端口可生成與之對(duì)應(yīng)模型接口，該接口是測(cè)試模型和實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)交互的橋梁，測(cè)試模型通過(guò)該接口即可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的控制。

當(dāng)測(cè)試模型和I/O接口配置都完成，使用Configuration Desk軟件對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行編譯，編譯完成后生成對(duì)應(yīng)的SDF文件。

2.1.3 測(cè)試實(shí)施

線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試的實(shí)施在ControlDesk軟件中進(jìn)行，打開(kāi)ControlDesk軟件（圖3），導(dǎo)入本文2.1.2所述的編譯后測(cè)試環(huán)境模型SDF文件并運(yùn)行該模型，通過(guò)該軟件向線控制動(dòng)系統(tǒng)模擬發(fā)送控制信息。線控制動(dòng)系統(tǒng)反饋的信息也可以在ControlDesk軟件顯示。

圖3 硬件在環(huán)測(cè)試上位機(jī)軟件ControlDesk

（1）線控制動(dòng)系統(tǒng)硬件輸入信號(hào)測(cè)試：以制動(dòng)踏板行程量輸入測(cè)試為例，在ControlDesk軟件中找到在2.1.2中配置好的制動(dòng)踏板模型端口，將其拖動(dòng)到測(cè)試界面與相關(guān)插件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后通過(guò)改變?cè)撟兞康闹悼刂茖?shí)時(shí)仿真系統(tǒng)模擬輸出一個(gè)制動(dòng)踏板行程給線控制動(dòng)系統(tǒng)控制器，再觀察線控制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)果，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)硬件輸入信號(hào)測(cè)試。

（2）線控制動(dòng)系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)輸入信號(hào)測(cè)試：以模擬VCU向線控制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送“電機(jī)允許最大電制動(dòng)”CAN報(bào)文信號(hào)測(cè)試為例，找到本文2.1.1搭建的BusSystems模塊VCU“電機(jī)允許最大電制動(dòng)”信號(hào)， 將其拖動(dòng)到測(cè)試界面與相關(guān)插件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后通過(guò)改變?cè)撟兞康闹?，控制?shí)時(shí)仿真系統(tǒng)輸出“電機(jī)允許最大電制動(dòng)”CAN報(bào)文信號(hào)給線控制動(dòng)系統(tǒng)，再觀察線控制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)果，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)輸入信號(hào)測(cè)試。

至于線控制動(dòng)系統(tǒng)的反饋信息，只需在模型中找到需要觀測(cè)的變量，將其拖動(dòng)到測(cè)試界面即可觀測(cè)該變量的變化情況。對(duì)于測(cè)試結(jié)果處理，可根據(jù)VCU測(cè)試用例的預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)測(cè)試得到的反饋進(jìn)行分析，結(jié)合記錄的CAN信號(hào)數(shù)據(jù)及硬線信號(hào)數(shù)據(jù)，若滿足線控制動(dòng)系統(tǒng)的控制邏輯，則該測(cè)試 予以通過(guò)，反之則不通過(guò)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車向電動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，汽車的電子部件會(huì)越來(lái)越多，測(cè)試精度、覆蓋度及測(cè)試周期的要求也會(huì)越來(lái)越高，因此開(kāi)發(fā)硬件在環(huán)測(cè)試十分必要。本文基于電動(dòng)汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)論述了其在硬件在環(huán)測(cè)試中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，經(jīng)過(guò)實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證，此方法滿足電動(dòng)汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試精度、測(cè)試覆蓋度等測(cè)試需求，同時(shí)縮短了項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)周期，減少實(shí)車驗(yàn)證時(shí)間[3]。