基于Kvaser Leaf Light的換擋執(zhí)行器控制模塊臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李亞飛，鄒海洋，梁建剛，張劍鋒

摘? 要：基于Kvaser Leaf Light設(shè)計(jì)了換擋執(zhí)行器控制模塊的臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)，分析了換擋執(zhí)行器控制模塊的主要功能，并編制了測(cè)試用例，按照測(cè)試用例在自主開(kāi)發(fā)的上位機(jī)軟件上進(jìn)行了功能測(cè)試，驗(yàn)證了測(cè)試系統(tǒng)滿足換擋執(zhí)行器控制模塊的臺(tái)架測(cè)試需求。

關(guān)鍵詞：Kvaser Leaf Light；換擋；CAN總線；臺(tái)架測(cè)試；汽車電子設(shè)備

中圖分類號(hào)：U461.91? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2023）03-0037-06

The Design and Application of Bench Test System of Actuator Control Module Based On Kvaser Leaf Light

LI Ya-fei， ZOU Hai-yang， LIANG Jian-gang， ZHANG Jian-feng

（GAC Automotive Research & Development Center， Guangzhou 511434 ， China）

Abstract： Based on Kvaser Leaf Light， the bench test system of the Actuator Control Module（ACM） was designed. Analyzed ACMs main functions using mind mapping， prepared test cases according to the mind mapping. The function test was carried out following the test cases using the self-developed upper computer software， which verifies that the test system meets the function test requirements of the actuator control module.

Key Words： Kvaser Leaf Light; Gear Shift; CAN Bus; Bench Test; Automotive Electronic Equipment

引? ? 言

在汽車電子設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)中，臺(tái)架試驗(yàn)是其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)[1]。通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)，可以測(cè)試汽車電子設(shè)備的設(shè)計(jì)是否滿足功能需求及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為電子設(shè)備搭載整車試驗(yàn)并最終上市提供不可缺少的助力[2]。

線控?fù)Q擋（Shift By Wire， SBW）具有操作便利、科技感強(qiáng)的特點(diǎn)，且適合汽車智能化電氣化發(fā)展趨勢(shì)，目前已廣泛應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)及合資車型。換擋執(zhí)行器控制模塊（Actuator Control Module ，ACM）是傳統(tǒng)AT變速箱線控?fù)Q擋系統(tǒng)的一個(gè)部件，它根據(jù)駕駛員的換擋指令，驅(qū)動(dòng)變速箱上的換擋執(zhí)行器電機(jī)工作，完成P、R、N、D等擋位位置的切換。本臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)基于Kvaser Leaf Light，對(duì)ACM的臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)、測(cè)試用例的設(shè)計(jì)和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，并通過(guò)測(cè)試實(shí)例確定該臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)用性。

1? ? 換擋執(zhí)行器控制模塊臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

ACM臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)主要由PC機(jī)、Kvaser Leaf Light設(shè)備、被測(cè)部件（換擋執(zhí)行器控制模塊）等組成，為模擬整車SBW實(shí)際搭載情況，對(duì)SBW系統(tǒng)零部件之間的信號(hào)交互、主要功能進(jìn)行驗(yàn)證，該測(cè)試系統(tǒng)將線控?fù)Q擋系統(tǒng)的其它零部件（電子換擋器、換擋操縱執(zhí)行器總成）與ACM一起組成測(cè)試系統(tǒng)。

1.1? ?換擋執(zhí)行器控制模塊整車級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)

通常情況，線控?fù)Q擋系統(tǒng)SBW由換擋執(zhí)行器控制模塊ACM、電子換擋器（Gear Shift Module， GSM）、換擋執(zhí)行器總成等零部件組成。駕駛員通過(guò)GSM發(fā)送換擋指令，ACM接收GSM的換擋指令，再驅(qū)動(dòng)換擋操縱執(zhí)行器總成的電機(jī)完成換擋動(dòng)作。ACM接收外部電子設(shè)備（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP、變速箱控制單元TCU等）的上電狀態(tài)、車速、剎車、安全帶、車門等信號(hào)，結(jié)合這些信號(hào)狀態(tài)，按照換擋策略進(jìn)行換擋動(dòng)作。ACM整車級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2? ?換擋執(zhí)行器控制模塊測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Kvaser Leaf Light設(shè)備是瑞典Kvaser公司推出的CAN總線設(shè)備，支持CAN總線全速USB接口，具備高性能低成本便攜帶的特點(diǎn)[3-4]，其低成本和便攜帶的特點(diǎn)適合單個(gè)零件或單個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，利于工程師在車輛上使用。其主要的缺點(diǎn)是配套的上位機(jī)軟件與CANoe等上位機(jī)相比，功能較少、操作不便，因此需要按照實(shí)際的使用需求開(kāi)發(fā)上位機(jī)軟件。

換擋執(zhí)行器控制模塊測(cè)試系統(tǒng)基于Kvaser Leaf Light設(shè)備，由直流穩(wěn)壓電源、PC（含上位機(jī)軟件）、換擋執(zhí)行器控制模塊（ACM）、電子換擋器（GSM）、換擋操縱執(zhí)行器總成、擋位字符顯示面板構(gòu)成。按照電氣信息定義將ACM、GSM與換擋操縱執(zhí)行器總成采用線束進(jìn)行連接，ACM與GSM的CAN_H、CAN_L連接在同一CAN網(wǎng)絡(luò)并通過(guò)DB9與Kvaser Leaf Light設(shè)備連接，Kvaser Leaf Light設(shè)備通過(guò)USB與PC連接，從而組成測(cè)試系統(tǒng)。其臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，搭建的實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)如圖3所示。

1.3? ?換擋執(zhí)行器控制模塊測(cè)試系統(tǒng)上位機(jī)軟件

換擋執(zhí)行器控制模塊測(cè)試系統(tǒng)在C#環(huán)境下進(jìn)行Kvaser的上位機(jī)開(kāi)發(fā)，主要包含了Kvaser的CAN通信開(kāi)發(fā)、基于測(cè)試的應(yīng)用界面開(kāi)發(fā)。

其中，Kvaser的CAN通信開(kāi)發(fā)，需要調(diào)用Kvaser公司提供的SDK庫(kù)中的Kvaser.Canlib.dll文件，程序設(shè)計(jì)流程包括Kvaser初始化、開(kāi)啟通道、CAN接收、CAN發(fā)送、CAN通道關(guān)閉等，相關(guān)的函數(shù)調(diào)用流程如圖4所示。

上位機(jī)軟件的應(yīng)用界面開(kāi)發(fā)需基于實(shí)際測(cè)試需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)測(cè)試工程師的反饋不斷優(yōu)化應(yīng)用界面的設(shè)計(jì)。本上位機(jī)軟件經(jīng)過(guò)幾輪反復(fù)調(diào)試、修改，最終確定了上位機(jī)應(yīng)用界面。應(yīng)用界面分為配置、監(jiān)控、圖表分析、測(cè)試、刷寫(xiě)、幫助6個(gè)主要功能界面，各界面按照便于操作、邏輯清晰的特點(diǎn)定制了多個(gè)功能模塊。其中，配置界面設(shè)計(jì)了：項(xiàng)目文件加載、DBC加載、DLL文件加載、報(bào)文過(guò)濾、錄制屬性設(shè)置等模塊，并包含了Trace窗口用于顯示各配置文件的加載情況，詳見(jiàn)圖5。

其它5個(gè)界面，主要根據(jù)作用不同進(jìn)行區(qū)分。監(jiān)控界面的主要作用：發(fā)送周期性/觸發(fā)性事件（報(bào)文），并可以通過(guò)窗口監(jiān)控被測(cè)設(shè)備的CAN報(bào)文信息，也可以錄制測(cè)試過(guò)程的CAN數(shù)據(jù)。圖表分析界面的主要作用：選擇需分析的信號(hào)，加載錄制的數(shù)據(jù)，進(jìn)而生成圖表輔助分析測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試界面的主要作用：用于設(shè)置測(cè)試用例，按步驟測(cè)試被測(cè)部件。刷寫(xiě)界面：加載Flash Driver、軟件應(yīng)用程序，按照設(shè)定的刷寫(xiě)規(guī)范完成被測(cè)部件的軟件更新。

1.4? ?關(guān)鍵監(jiān)視報(bào)文

換擋執(zhí)行器控制模塊測(cè)試系統(tǒng)CAN通訊網(wǎng)絡(luò)主要節(jié)點(diǎn)為ACM、GSM、TCU、BCS等，其中ACM發(fā)送ACM_1報(bào)文，接收GSM節(jié)點(diǎn)的GSM_1報(bào)文，ACM_1報(bào)文包含的關(guān)鍵信號(hào)包含ACM_ActuatorGear（換擋執(zhí)行器位置信號(hào)），GSM_1報(bào)文包含的關(guān)鍵信號(hào)包含GSM_GearShiftLeverPstmech（換擋桿機(jī)械位置信號(hào)）、GSM_GearShiftLeverPstReq（換擋器擋位請(qǐng)求信號(hào)）、GSM_PbuttonInfo（P擋按鍵信號(hào)）。相關(guān)的節(jié)點(diǎn)、報(bào)文、信號(hào)定義如表1所示。

2? ? 換擋執(zhí)行器控制模塊臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用

換擋執(zhí)行器控制模塊的臺(tái)架測(cè)試流程主要包括功能分析、測(cè)試用例編制、測(cè)試實(shí)施、結(jié)果分析。通過(guò)對(duì)比測(cè)試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果，可以確認(rèn)ACM當(dāng)前階段是否達(dá)到設(shè)計(jì)的功能需求[5-8]。

2.1? ?換擋執(zhí)行器控制模塊主要功能分析

采用思維導(dǎo)圖輔助分析ACM的主要功能。思維導(dǎo)圖可以幫助發(fā)散思維，梳理思路，有利于開(kāi)展評(píng)審優(yōu)化，便于完善功能分析，且有利于后續(xù)測(cè)試用例的編制。如圖6所示，ACM的主要功能為：入P擋、入R擋、入N擋、入D擋、快速換擋、電源管理、休眠喚醒、跛行處理。以“入P擋”為例，該功能是指當(dāng)滿足一定條件時(shí)，ACM能夠驅(qū)動(dòng)換擋操縱執(zhí)行器從其它擋位切換至P擋，該功能需要設(shè)定的條件有：車速BCS_VehSpd≤3km/h，當(dāng)前擋位GSM_GearShiftLeverPstReq為R擋或N擋或D擋或其它擋位，P擋按鍵信號(hào)GSM_PbuttonInfo有效。其它功能的設(shè)置條件也在思維導(dǎo)圖中清晰的列出。

實(shí)際測(cè)試時(shí)，以“入P擋”測(cè)試為例，在上位機(jī)軟件中設(shè)置模擬信號(hào)（BCS_VehSpd = 4km/h，GSM_GearShiftLeverPstReq = D），上位機(jī)通過(guò)Kvaser Leaf Light與ACM、GSM進(jìn)行CAN通訊，按壓P擋按鍵（GSM_PbuttonInfo = press）， 若ACM功能正常，此時(shí)ACM應(yīng)能夠驅(qū)動(dòng)擋操縱執(zhí)行器總成的電機(jī)完成進(jìn)入P擋并點(diǎn)亮擋位字符顯示面板的P擋字符。

2.2? ?換擋執(zhí)行器控制模塊測(cè)試用例設(shè)計(jì)

根據(jù)換擋執(zhí)行器控制模塊主要功能分析及條件設(shè)置，可以完成測(cè)試用例的編制，用以指導(dǎo)測(cè)試的實(shí)施。編制的測(cè)試用例需包含測(cè)試用例的編號(hào)、測(cè)試目的、功能子模塊、測(cè)試步驟和預(yù)期結(jié)果，并能夠記錄測(cè)試結(jié)果，如圖7所示?；谠摐y(cè)試用例，經(jīng)過(guò)測(cè)試實(shí)施和結(jié)果記錄，生成測(cè)試報(bào)告，方便對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、以及對(duì)失敗的測(cè)試用例進(jìn)行回測(cè)追蹤。

2.3? ?換擋執(zhí)行器控制模塊功能測(cè)試結(jié)果分析

按照?qǐng)D3搭建換擋執(zhí)行器控制模塊臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)，利用上位機(jī)軟件并按照測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試、錄制測(cè)試數(shù)據(jù)，在圖7所示表格中記錄測(cè)試結(jié)果。以圖7中的測(cè)試用例CASE01—入P擋為例，按照預(yù)定步驟完成測(cè)試后，在圖表分析界面可以對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析（如圖8所示），當(dāng)P擋按鍵按下GSM_PbuttonInfo = press時(shí)，GSM的擋位請(qǐng)求信號(hào)GSM_GearShiftLeverPstReq發(fā)出P擋請(qǐng)求，ACM通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)接收GSM擋位請(qǐng)求信號(hào)GSM_GearShiftLeverPstReq（P），驅(qū)動(dòng)換擋執(zhí)行器電機(jī)工作（ACM_ActuatorGear = moving），最終運(yùn)動(dòng)至P擋（ACM_ActuatorGear = P），臺(tái)架上能夠看到換擋操縱執(zhí)行器按照預(yù)定指令產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)動(dòng)作，切換到了P擋位置。

按照?qǐng)D7測(cè)試用例繼續(xù)完成ACM其它各功能的測(cè)試：入R擋、入N擋、入D擋、快速換擋、電源管理、休眠喚醒、跛行處理，逐條測(cè)試ACM是否滿足預(yù)定的功能。若不能滿足某功能，即可反饋軟硬件工程師進(jìn)行詳細(xì)故障分析，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3? ? 結(jié)論

本文基于Kvaser Leaf Light設(shè)備搭建了由直流穩(wěn)壓電源、PC（含上位機(jī)軟件）、換擋執(zhí)行器控制模塊（ACM）、電子換擋器（GSM）、換擋操縱執(zhí)行器總成、擋位字符顯示面板構(gòu)成的臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)，分析了ACM的主要功能，并編制了測(cè)試用例，且使用該臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)按照測(cè)試用例進(jìn)行了功能測(cè)試。通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，驗(yàn)證了臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)滿足ACM功能測(cè)試的需求。該臺(tái)架系統(tǒng)可以驗(yàn)證ACM是否滿足設(shè)計(jì)需求或裝車需求，為ACM產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供助力，保證了產(chǎn)品功能，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

同時(shí)，通過(guò)修改該測(cè)試系統(tǒng)的電氣連接、待測(cè)設(shè)備通訊矩陣（信號(hào)）、測(cè)試用例，該測(cè)試系統(tǒng)可拓展至其它車載CAN通訊電子設(shè)備，用來(lái)測(cè)試其基本功能、總線通訊和診斷功能，為車載電子設(shè)備的臺(tái)架測(cè)試提供參考。

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李亞飛

碩士研究生學(xué)歷，現(xiàn)就職于廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，任中級(jí)工程師，主要從事汽車操縱系統(tǒng)零部件研發(fā)工作。

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吳澤民

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