車身域控制器通用測試系統(tǒng)的設(shè)計與研究

李治民 林杰 張東波 李俊儒 劉臣園

（中國第一汽車股份有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長春 130013）

主題詞：車身域控制器 硬件在環(huán) 自動化測試

1 前言

隨著汽車芯片計算能力的提升，域控制器逐步成為汽車電子行業(yè)的研究熱點[1]。相比于分布式架構(gòu)，即不同的電子電氣功能放在不同的電控系統(tǒng)上，域控制器更加專注于系統(tǒng)方案和軟件集成控制，有效克服了分布式架構(gòu)中嵌入式軟件和底層驅(qū)動交互不一致和冗余的缺點[2-4]。車身域控制器集成了車身電子的所有基礎(chǔ)驅(qū)動，整合了鑰匙、燈、車門、車窗等電控系統(tǒng)的功能，規(guī)避了控制器之間通訊不一致帶來的風(fēng)險。

硬件在環(huán)（HIL）測試技術(shù)，又叫半實物仿真測試技術(shù)，可完成設(shè)計初期時域控制器的錯誤和缺陷等驗證工作[5]。HIL測試設(shè)備是一個閉環(huán)測試系統(tǒng)，通過仿真模型和實時硬件系統(tǒng)仿真控制器所需要的輸入輸出信號[6-7]。硬件在環(huán)測試技術(shù)無需真實車輛，允許開發(fā)和測試交叉進行，有效地減少了車型開發(fā)周期，同時能夠?qū)崿F(xiàn)自動化測試，節(jié)約了人力和時間成本[8]。

2 測試系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本車身域控制器通用測試系統(tǒng)基于硬件在環(huán)技術(shù)開發(fā)，控制器的輸入、輸出信號均采用虛擬仿真方案，可完成各種復(fù)雜極端工況下控制器的功能測試和故障注入測試。系統(tǒng)在軟件和硬件上配置了豐富的電氣接口，實現(xiàn)了不同車型車身域控制器的快速切換，極大縮短了設(shè)備改造周期。同時，系統(tǒng)設(shè)計了自動化測試管理系統(tǒng)，可達到24小時無人值守連續(xù)運行，自動生成測試報告和日志，節(jié)省人力和時間成本。

測試系統(tǒng)總體分為上位機系統(tǒng)、HIL仿真系統(tǒng)和車身域控制器測試裝置等三個部分。將車身域控制器接入該測試系統(tǒng)后，測試人員通過操作上位機系統(tǒng)控制HIL仿真系統(tǒng)模擬車身域控制器所需要的開關(guān)、傳感器、總線等輸入信號；同時，HIL仿真系統(tǒng)可實時監(jiān)測車身域控制器的輸出信號以及測試裝置中仿真負載的運行狀態(tài)，如圖1所示。

圖1 通用測試系統(tǒng)原理

3 測試系統(tǒng)軟件和硬件方案設(shè)計

3.1 上位機系統(tǒng)方案設(shè)計

上位機系統(tǒng)包括4個子系統(tǒng)，分別為虛擬儀表系統(tǒng)、故障注入系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)和測試管理系統(tǒng)，見圖2。

圖2 自動化測試流程

3.1.1 虛擬儀表系統(tǒng)

虛擬儀表系統(tǒng)是利用NI公司Veristand軟件設(shè)計的上位機界面，是車身域控制器功能測試的可視化操作界面。通過操作虛擬儀表界面上的按鍵，可控制HIL仿真系統(tǒng)模擬控制器所需的各種開關(guān)、傳感器等輸入信號，同時實時顯示HIL仿真系統(tǒng)采集的車身域控制器的輸出信號和測試裝置中仿真負載的狀態(tài)信號。

3.1.2 故障注入系統(tǒng)

故障注入系統(tǒng)是車身域控制器故障注入測試的可視化操作界面，通過串口協(xié)議和HIL仿真系統(tǒng)交互，用于制造控制器輸入、輸出信號短路、過流、開路等電氣故障。配合自動化測試系統(tǒng)，可實現(xiàn)故障注入功能的自動化測試。

3.1.3 自動化測試系統(tǒng)

自動化測試系統(tǒng)用于實現(xiàn)車身域控制器的邏輯功能和故障注入的自動化測試，主要包括：序列庫、動作庫、用例庫和評價庫。

為了提高自動化測試序列的通用性，自動化測試序列和HIL仿真系統(tǒng)中的仿真模型采用映射文件連接，降低了耦合程度。

動作庫采用圖形化語言設(shè)計，用于編寫自動化序列中的功能模塊；評價庫內(nèi)嵌Python語言，用于編寫復(fù)雜邏輯功能的檢測腳本；用例庫用于連接動作模塊和評價模塊，搭建各種用戶場景測試用例；序列庫用于創(chuàng)建和執(zhí)行自動化測試序列，負責(zé)傳遞參數(shù)。

3.1.4 測試管理系統(tǒng)

測試管理系統(tǒng)用于管理整個測試流程，包括：計劃管理、缺陷管理、報告管理和序列管理。

用例管理用于傳遞測試用例參數(shù)，實現(xiàn)測試用例最大化復(fù)用；計劃管理用于管理不同車型的測試任務(wù)，傳遞自動化序列參數(shù)；缺陷管理用于管理不同車型的測試問題版本，記錄試驗問題的整個處理過程；報告管理用于管理不同車型測試任務(wù)的測試報告，避免測試人員重復(fù)工作。

3.2 HIL仿真系統(tǒng)

HIL仿真系統(tǒng)包括實時處理器、I/O板卡、CAN通訊板卡、LIN通訊板卡、故障注入板卡和信號調(diào)理板卡，見圖3。

圖3 HIL仿真系統(tǒng)設(shè)計方案

實時處理器中加載MATLAB編寫的仿真模型，用于實時響應(yīng)上位機的操作指令以及控制I/O板卡。I/O板卡用于模擬和采集被測控制器的各種輸入和輸出信號，包括數(shù)字I/O板卡、模擬I/O板卡等。CAN通訊板卡用于模擬和接收CAN網(wǎng)絡(luò)通訊信號。LIN通訊板卡用于模擬和接收LIN網(wǎng)絡(luò)通訊信號。信號調(diào)理板卡用于將I/O板卡和被測控制器之間的電平轉(zhuǎn)換，同時也起到保護和隔離作用。故障注入板卡用于仿真控制器輸入、輸出信號的過流、短路、開路等電氣故障。其中，仿真模型包括：車輛模型，用于仿真車輛中傳感器、執(zhí)行器等復(fù)雜時序邏輯信號；I/O模型，用于仿真車輛中開關(guān)、控制等簡單邏輯信號；虛擬控制器模型，用于仿真和控制器交互的其他控制器。

3.3 車身域控制器測試裝置

為了滿足不同車身域控制器的快速切換和復(fù)雜外部接口的測試需求，測試裝置采用虛擬仿真方案設(shè)計，集成了豐富的電氣接口，見圖4。

圖4 測試裝置設(shè)計方案

仿真輸入裝置用于接收HIL仿真系統(tǒng)發(fā)送的控制信號，集成了控制器高有效開關(guān)、低有效開關(guān)、數(shù)字信號傳感器、模擬信號傳感器、電阻類開關(guān)、占空比信號傳感器、網(wǎng)絡(luò)信號等常用輸入信號。仿真負載裝置用于模擬控制器常用的電器負載，包括燈泡負載、電機負載、LED負載、鎖負載、數(shù)字輸出、占空比輸出、模擬輸出、繼電器負載等。實際操作時，控制器只需匹配相應(yīng)的電氣接口，即可實現(xiàn)不同型號控制器的快速切換。

4 測試驗證

實際工作時，測試人員需要根據(jù)控制器的邏輯功能和故障注入的測試需求完成測試用例的開發(fā)。然后，將測試用例錄入測試管理系統(tǒng)，并且完成測試用例和測試序列的參數(shù)賦值。在自動化測試系統(tǒng)中，通過調(diào)用動作庫和評價庫中的功能模塊，完成自動化測試序列中前提條件、測試步驟和預(yù)期結(jié)果等內(nèi)容。通過操作上位機系統(tǒng)啟動自動化測試序列，序列控制HIL仿真系統(tǒng)模擬控制器的輸入信號，并且實時采集控制器和仿真負載的狀態(tài)。序列自動調(diào)用評價庫中的檢測函數(shù)，確認(rèn)測試結(jié)果是否符合預(yù)期結(jié)果。測試管理系統(tǒng)可自由添加序列，完成測試后自動生成測試報告。

以遠程開啟車窗功能為例，工作流程如下：在上位機系統(tǒng)中完成序列的開發(fā)，然后啟動自動化序列。序列調(diào)用HIL仿真系統(tǒng)中的虛擬T-BOX控制器，模擬遠程開啟命令至車身域控制器。控制器成功接收命令后，驅(qū)動仿真電機負載，模擬開窗動作。上位機系統(tǒng)實時采集控制器輸出信號和仿真負載的狀態(tài)信號，用于判斷測試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是否一致。最后，自動生成測試報告，如圖5所示。與此同時，在序列中可以模擬T-BOX命令信號錯誤、仿真電機負載過流或短路等特殊工況，以此增加測試覆蓋度。

圖5 測試系統(tǒng)示意圖

5 總結(jié)

本文介紹的車身域控制器通用測試系統(tǒng)已在實際項目中應(yīng)用。通過將測試系統(tǒng)的硬件接口平臺化和測試用例松耦合等方法，有效提高了整個測試系統(tǒng)的通用性。相比于分布式車身控制器測試設(shè)備，本系統(tǒng)設(shè)計了豐富的電氣接口和高效的自動化測試系統(tǒng)，可實現(xiàn)復(fù)雜場景和極限工況下車身域控制器的邏輯功能測試和故障注入測試，提高了測試覆蓋度，縮短了驗證周期。