淺析汽車電氣集成系統(tǒng)測試研究

劉曉軍　李俊嶺

【摘? 要】汽車電氣集成系統(tǒng)測試是電氣系統(tǒng)開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，可以及時發(fā)現(xiàn)汽車在設(shè)計(jì)研發(fā)中的風(fēng)險問題，提高產(chǎn)品品質(zhì)。本文主要介紹汽車電氣系統(tǒng)測試流程及測試內(nèi)容，為從事相關(guān)技術(shù)的行業(yè)人員提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電氣集成系統(tǒng)；電氣功能測試；硬件在環(huán)測試（HIL）；網(wǎng)絡(luò)測試；診斷測試；電磁兼容

中圖分類號：U467.526? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）09-0070-04

Research and Application of Automobile Electrical Integration System Test

LIU Xiaojun，LI Junling

（Jianghuai Automotive Co.，Ltd.，Hefei 230601，China）

【Abstract】The test of automotive electrical integration system is an important part of the development of electrical system，which can find the risk problems in the design and development of automobiles in time and improve the quality of products.This paper mainly introduces the test process and content of automotive electrical system，which provides a reference for personnel engaged in relevant technical industries.

【Key words】electrical integration system test；electrical function test；hardware-in -the-loop（HIL）；network test；diagnosis test；EMC

伴隨著汽車智能化水平的日益發(fā)展，汽車電氣集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度也在不斷加深。為了提高汽車產(chǎn)品品質(zhì)，電氣集成測試已經(jīng)成為汽車設(shè)計(jì)開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)。汽車電氣集成系統(tǒng)測試主要分為五大方面：電氣功能測試、電源管理測試、網(wǎng)絡(luò)測試、診斷測試、電磁兼容測試。其中電源管理測試又分為起動系統(tǒng)測試、電平衡測試、靜態(tài)電流測試、電器負(fù)載與短路測試、失效模式與搭鐵性能測試。本文主要對上述幾種測試內(nèi)容進(jìn)行基本闡述，從而給汽車電氣集成開發(fā)人員提供參考依據(jù)，用于規(guī)避設(shè)計(jì)開發(fā)中存在問題的風(fēng)險。

1? 電氣功能測試

電氣功能測試分為硬件在環(huán)（HIL）臺架測試和整車電氣功能測試。HIL臺架測試主要是在臺架上搭載整車相關(guān)的電氣零部件，通過模擬外圍傳感器和執(zhí)行器來檢測整個電氣功能是否正常，同時也可以注入故障模式來檢測零部件是否符合預(yù)期的要求。應(yīng)用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)建模，通過測試機(jī)柜主處理器、I/O板卡、內(nèi)部設(shè)備調(diào)理電路將仿真模型與控制器相連，同時在上位機(jī)上通過調(diào)整各個參數(shù)來模擬極端工況，驗(yàn)證控制器的正確性。整車電氣功能測試主要是在實(shí)車上進(jìn)行電氣功能驗(yàn)證。整車電氣功能測試包括：①電源分配系統(tǒng)測試，測試用電器在整車電源工作模式是否與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，例如在點(diǎn)火開關(guān)LOCK擋、ACC擋、ON擋、START擋下電器件工作模式；②電氣功能控制邏輯測試，包括零部件自身子系統(tǒng)測試層級以及零部件與零部件之間的電氣集成系統(tǒng)層級的測試。

以江淮某款車型為例，電氣功能控制邏輯測試按整車域來劃分測試。動力域測試主要是發(fā)動機(jī)控制單元、變速器控制單元、電子轉(zhuǎn)向和制動策略功能測試。車身域測試包括車身附件電子類的功能測試。信息娛樂域測試包括儀表和音響、空調(diào)的功能測試。智能駕駛域功能測試包括自適應(yīng)巡航、車道偏離、車道保持類等功能測試。通過電氣功能測試，驗(yàn)證用電器在相關(guān)邏輯測試中是否與電氣功能規(guī)范相符合。

2? 起動系統(tǒng)測試

起動系統(tǒng)測試是指接通車輛點(diǎn)火開關(guān)，起動發(fā)動機(jī)，測量起動電流、電壓以及蓄電池正極到起動機(jī)B+的電壓降變化。通過圖1測試示意圖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以江淮某款車型起動采集數(shù)據(jù)（表1）為例，通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷對蓄電池、起動機(jī)、線束線徑設(shè)計(jì)選型是否合理。

1）蓄電池容量能否滿足啟動要求。容量過高會造成成本浪費(fèi)，容量過低會降低蓄電池的使用壽命。

2）線束選型驗(yàn)證。線徑選型過大會造成成本浪費(fèi)，選擇過小會加劇線束的老化和燒蝕風(fēng)險。

3）啟動回路的壓降驗(yàn)證。導(dǎo)線壓降值過大會導(dǎo)致啟動困難，設(shè)計(jì)則需要考慮重新布置線束走向，盡量減少線束長度，同時優(yōu)化線束端子的壓接工藝。

3? 電平衡測試

電平衡測試是指發(fā)動機(jī)在運(yùn)行情況下，整車電氣系統(tǒng)用電和需求是否能保持平衡，使蓄電池電量維持在合理的水平，延長蓄電池的使用壽命和確保車輛電器件正常工作。電平衡測試試驗(yàn)一般在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室，模擬夏季高溫環(huán)境下，車輛分別在怠速工況和NEDC工況下開啟車輛相關(guān)的用電設(shè)備。以江淮某款車型為例，參考表2，包括開啟遠(yuǎn)近光燈、危險警告燈、音響、空調(diào)、位置燈及室內(nèi)燈，驗(yàn)證電平衡試驗(yàn)。通過測量發(fā)電機(jī)發(fā)電電流、整車電氣系統(tǒng)用電電流、蓄電池充放電狀態(tài)等數(shù)據(jù)來驗(yàn)證發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力是否滿足整車用電設(shè)備使用要求以及發(fā)電機(jī)和蓄電池之間的選型是否合理。圖2為江淮某款車型電平衡測試數(shù)據(jù)。

4? 靜態(tài)電流測試

靜態(tài)電流測試是指車輛點(diǎn)火開關(guān)在OFF擋時，測量掛接在蓄電池常電下用電器消耗的電流，見圖3。通過合理控制汽車電量消耗，才能確保蓄電池不會虧電。一般要求車輛靜置停放42天仍能正常啟動。根據(jù)各個車型蓄電池的選型不同，靜態(tài)電流限值也不一樣。靜態(tài)電流檢測常用的方法主要有：萬用表檢測法、電流鉗檢測法、電性能檢測采集設(shè)備檢測法。靜態(tài)電流測試一般分為3個階段：第1階段車輛熄火后，點(diǎn)火開關(guān)在OFF擋后，此階段電量消耗大，大約過2～3min進(jìn)入第2階段輕度休眠階段，此階段用電設(shè)備消耗電流急劇下降，第3階段大約過10min后進(jìn)入深度休眠階段，用電設(shè)備靜態(tài)電流達(dá)到一個最低狀態(tài)。通過靜態(tài)電流值測量，驗(yàn)證整車蓄電池容量值是否滿足整車電量使用要求。

5? 電器負(fù)載與短路測試

電器負(fù)載測試分為單負(fù)載測試和全負(fù)載測試。單負(fù)載測試主要測試電器件單個負(fù)載電壓、電流以及持續(xù)時間。全負(fù)載測試主要是測試熔斷絲下所有負(fù)載打開后的電壓、電流及持續(xù)時間。通過負(fù)載測試，驗(yàn)證熔斷絲是否合理，對原有熔斷絲理論設(shè)計(jì)值進(jìn)行驗(yàn)證修正。圖4為某車型負(fù)載電器負(fù)載值統(tǒng)計(jì)。短路測試分為絕對短路測試和部分短路測試。絕對短路測試模擬用電器線束回路完全與車身短路搭鐵的場景，此種情況下一般短路電流非常大，熔斷絲一般都可熔斷。部分短路測試模擬用電器線束回路間歇性與車身短路搭鐵測試場景，一般在用電器接插件處加載熔斷絲額定容量的1.35倍和2倍的電流來模擬部分短路測試。在短路測試過程中需要記錄熔斷絲的熔斷時間。圖5為某車型短路測試值統(tǒng)計(jì)。通過短路測試，驗(yàn)證熔斷絲與導(dǎo)線匹配是否合理。

6? 失效模式與搭鐵性能測試

失效模式測試是指熔斷絲失效或者搭鐵失效后，整車用電器是否還存在潛藏電路。測試這些潛藏電路是否會影響車輛功能方面的安全。如果存在影響車輛電器件功能使用安全，則需要在電氣原理設(shè)計(jì)上進(jìn)行規(guī)避。另外還要考慮潛藏電路中的導(dǎo)線是否能承受相關(guān)的潛藏電流。如果不能承受，則通過更改線徑等方法進(jìn)行優(yōu)化。搭鐵測試是對搭鐵性能進(jìn)行測試，驗(yàn)證整車上各個搭鐵點(diǎn)搭鐵阻值。一般采用毫歐表或者搭鐵電阻儀進(jìn)行測量。測量時，斷開蓄電池負(fù)極后再測量蓄電池負(fù)極樁頭到搭鐵點(diǎn)之間的電阻值。對于搭鐵阻值偏大的搭鐵點(diǎn)通過對電器搭鐵點(diǎn)位置、搭鐵螺栓性、搭鐵端子等方面進(jìn)行優(yōu)化。

7? 網(wǎng)絡(luò)測試

網(wǎng)絡(luò)測試主要包括網(wǎng)絡(luò)管理測試、物理層測試以及數(shù)據(jù)鏈路層測試。目前江淮汽車網(wǎng)絡(luò)管理為OSEK直接網(wǎng)絡(luò)管理。OSEK直接網(wǎng)絡(luò)管理采用邏輯環(huán)策略管理車上各個ECU節(jié)點(diǎn)工作、休眠喚醒、錯誤模式之間的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)管理測試包括喚醒網(wǎng)絡(luò)測試、休眠網(wǎng)絡(luò)測試、多節(jié)點(diǎn)建環(huán)網(wǎng)絡(luò)測試、新增節(jié)點(diǎn)建環(huán)網(wǎng)絡(luò)測試、節(jié)點(diǎn)丟失建環(huán)測試、Bus off測試。圖6為江淮某車型網(wǎng)絡(luò)管理測試用例報(bào)告。物理層測試包括各個CAN網(wǎng)絡(luò)波形圖幅值、斜率、CAN高和CAN低短路測試、CAN高與CAN低過壓和欠壓測試。數(shù)據(jù)鏈路層測試包括幀周期測試、報(bào)文長度測試、報(bào)文重發(fā)能力測試、消息傳輸類型測試。

8? 診斷測試

診斷測試基于診斷協(xié)議ISO 14229（UDS），通過CANdelaStudio編寫的數(shù)據(jù)庫，同時配合CANoe來調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對ECU進(jìn)行診斷。圖7為某車型診斷測試用例報(bào)告。在協(xié)議層上，通過Diva自動化測試軟件，測試控制器能否讀取或?qū)懭胂嚓P(guān)的DID以及記錄DTC故障碼是否完善。在功能層面上，通過調(diào)用測試機(jī)柜板卡進(jìn)行模擬相關(guān)的錯誤，例如測試控制器電源短路、電源斷路、電壓過高、電壓過低，通過上位機(jī)發(fā)送指令讀取相關(guān)的DTC信息是否與控制器診斷規(guī)范一致。在EOL下線診斷測試中，下線檢測儀能正確寫入ECU相關(guān)信息，如零部件圖號、軟件版本、生產(chǎn)日期等。另外對控制器進(jìn)行標(biāo)定學(xué)習(xí)以及控制器I/O口模擬輸入/輸出執(zhí)行是否正確。售后服務(wù)市場，相關(guān)DID和DTC能否正確讀取。

9? 電磁兼容測試

電磁兼容測試研究汽車各個電器件在同一電磁環(huán)境下是否都能正常工作，主要包括兩方面內(nèi)容：EMI——電子設(shè)備對其它電子設(shè)備的干擾，EMS——電子設(shè)備抵抗外界干擾的能力。電磁兼容試驗(yàn)包括零部件和整車試驗(yàn)。零部件測試包括靜電放電抗擾試驗(yàn)、輻射發(fā)射、沿電源線的傳導(dǎo)發(fā)射、信號線傳導(dǎo)發(fā)射、自由場抗擾、BCI抗擾、電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾、信號線瞬態(tài)抗擾。整車測試包括整車輻射發(fā)射、整車自由場抗擾、整車BCI抗擾、整車靜電放電、保護(hù)車載接收機(jī)的輻射發(fā)射。圖8為整車電磁兼容測試場景圖。

10? 結(jié)束語

總之，通過本文對電氣系統(tǒng)集成測試的介紹，使電氣集成設(shè)計(jì)開發(fā)人員對相關(guān)的測試流程和方法有了基本了解。未來隨著汽車電子電器集成化進(jìn)一步發(fā)展，電氣集成系統(tǒng)測試也會越來越自動化和全面化。電氣系統(tǒng)集成測試將會一直貫穿著整車電子電器開發(fā)始末，在提高汽車電氣系統(tǒng)集成開發(fā)中起到積極的作用。

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（編輯? 楊? 景）