基于AVL整車級動力總成臺架的電動汽車功能安全測試研究

【摘 要】文章闡述功能安全測試環(huán)境和功能安全故障注入測試方法，搭建AVL整車級動力總車臺架，開展電動汽車功能安全測試并分析測試結(jié)果，用于評價某電動汽車功能安全需求是否滿足功能安全設(shè)計。該測試方法能有效解決車輛在極限工況、車輛故障失效或軟件成熟度不足情況下，車輛及測試人員面臨的安全問題，具有較高的參考價值。

【關(guān)鍵詞】電動汽車;功能安全;故障;測試

中圖分類號：U469.72 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）09-0023-03

Research on Functional Safety Test for Electric Vehicles Based on AVL Powertrain Test Bench

LIU Xitao，HUANG Shen

（Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Automobile Engineering Institute，Guangzhou 510640，China）

【Abstract】Functional safety test environment and fault injection methods are described. AVL test bench is set up. The functional safety test is conducted and test results are analyzed to evaluate whether the functional safety requirements meet the design requirements. The test method can solve the safety problems under extreme conditions，vehicle failure faults or insufficient software maturity，which is of great value.

【Key words】electric vehicle;functional safety;failure;testing

隨著汽車行業(yè)電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的蓬勃發(fā)展，汽車行業(yè)內(nèi)卷加劇，卷價格、卷產(chǎn)品、卷配置、卷新功能。汽車行業(yè)正處于新一輪洗牌階段，這既是機遇也是挑戰(zhàn)，自主品牌車企開始嶄露頭角，站在舞臺中央。為了能夠在競爭激烈的市場中存活下去，各車企可謂是各顯神通。隨著汽車新四化的發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電子電氣系統(tǒng)更加復(fù)雜，系統(tǒng)性失效和隨機硬件失效風(fēng)險隨之增加，ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)提供了一套行之有效的方法、流程來降低風(fēng)險[1]?；诖?，開展功能安全測試的研究顯得尤為重要。

1 功能安全測試

1.1 測試環(huán)境

在V模型開發(fā)流程中，X在環(huán)（X in the Loop）是一個重要概念。在不同的開發(fā)階段，采用不同的測試環(huán)境，主要包括：模型在環(huán)仿真MIL（Model in the Loop）、軟件在環(huán)仿真SIL（Software in the Loop）、硬件在環(huán)仿真HIL（Hardware in the Loop）、整車在環(huán)仿真VIL（Vehicle in the Loop）。測試過程逐步從虛擬過渡到真實。一般而言，仿真測試完成后，開展封閉道路測試和開放道路測試，從而完成整個開發(fā)過程的測試。仿真測試與實車測試優(yōu)缺點對比見表1。

在某些極限工況、車輛故障失效或者軟件成熟度不足的情況下，實車測試面臨著測試人員或試驗樣車的安全問題，VIL仿真測試采用真實的車輛環(huán)境，能有效解決實車測試時所面臨的安全問題[2-6]。本文開展基于AVL整車級動力總成臺架的功能安全測試。

1.2 功能安全故障注入測試方法

采用CAN Tool，比如CANoe，可以實現(xiàn)目標(biāo)ECU與其他交互相關(guān)ECU之間CAN信號的更改，可以注入CAN信號層面的中斷、延時、數(shù)據(jù)錯誤、丟幀等故障，故障注入測試原理如圖1所示。

配合故障注入模塊BOB（Break-Out Box）、可調(diào)電源等的使用，可實現(xiàn)整車各系統(tǒng)模塊對電源短路、對地短路、斷路等故障。

2 試驗與驗證

2.1 試驗方法

具體測試內(nèi)容包含但不限于以下內(nèi)容：高壓互鎖HVIL信號失效、加速踏板信號失效、制動踏板信號失效、BMS節(jié)點丟失、MCU節(jié)點丟失、ESP節(jié)點丟失、絕緣監(jiān)控測試、低壓/欠過壓測試、碰撞測試、動態(tài)扭矩監(jiān)控測試、E2E測試和上下電監(jiān)控測試等。本文僅對高壓互鎖HVIL信號失效、加速踏板信號失效、制動踏板信號失效、BMS、MCU、ESP節(jié)點丟失等測試進行闡述。

2.1.1 高壓互鎖HVIL信號失效

1）試驗?zāi)康模候炞C整車高壓互鎖回路發(fā)生故障后，車輛為保證安全目標(biāo)的實現(xiàn)而采取的響應(yīng)、功能安全設(shè)計是否滿足設(shè)計要求。

2）測試矩陣：按照表2測試矩陣開展測試。

3）評價標(biāo)準(zhǔn)：注入故障后，車輛保證駕乘人員進入安全狀態(tài)，且進入安全狀態(tài)所用時間在設(shè)計范圍內(nèi)。

2.1.2 加速踏板信號失效

1）試驗?zāi)康模候炞C加速踏板信號失效后，車輛為保證安全目標(biāo)的實現(xiàn)而采取的響應(yīng)。

2）測試矩陣：按照表3測試矩陣開展測試。

3）評價標(biāo)準(zhǔn)：注入故障后，車輛保證駕乘人員進入安全狀態(tài)，且進入安全狀態(tài)所用時間在設(shè)計范圍內(nèi)。

2.1.3 制動踏板信號失效

1）試驗?zāi)康模候炞C制動踏板信號失效后，車輛為保證安全目標(biāo)的實現(xiàn)而采取的響應(yīng)。

2）試驗矩陣：同表3。

3）評價標(biāo)準(zhǔn)：注入故障后，車輛保證駕乘人員進入安全狀態(tài)，且進入安全狀態(tài)所用時間在設(shè)計范圍內(nèi)。

2.1.4 BMS節(jié)點丟失

1）試驗?zāi)康模候炞C發(fā)生BMS節(jié)點丟失故障，車輛為保證功能安全目標(biāo)的實現(xiàn)而采取的響應(yīng)。

2）試驗矩陣：按照表4測試矩陣開展測試。

3）評價標(biāo)準(zhǔn)：注入故障后，車輛保證駕乘人員進入安全狀態(tài)，且進入安全狀態(tài)所用時間在設(shè)計范圍內(nèi)。

2.1.5 MCU節(jié)點丟失

1）試驗?zāi)康模候炞C發(fā)生MCU節(jié)點丟失故障，車輛為保證功能安全目標(biāo)的實現(xiàn)而采取的響應(yīng)。

2）試驗矩陣：同表4。

3）評價標(biāo)準(zhǔn)：注入故障后，車輛保證駕乘人員進入安全狀態(tài)，且進入安全狀態(tài)所用時間在設(shè)計范圍內(nèi)。

2.1.6 ESP節(jié)點丟失

1）試驗?zāi)康模候炞C發(fā)生ESP節(jié)點丟失故障，車輛為保證功能安全目標(biāo)的實現(xiàn)而采取的響應(yīng)。

2）測試矩陣：同表4。

3）評價標(biāo)準(zhǔn)：注入故障后，車輛保證駕乘人員進入安全狀態(tài)，且進入安全狀態(tài)所用時間在設(shè)計范圍內(nèi)。

2.2 試驗過程

以實車為被測件，搭建整車級動力總成臺架測試環(huán)境，如圖2所示。搭建了基于AVL動力總成臺架的整車級測試系統(tǒng)，配有AVL PUMA操作軟件的整車級臺架測試系統(tǒng)，如圖3所示。整車級動力總成測試環(huán)境搭建完畢后，根據(jù)上文所述的試驗方法開展測試，并錄取相應(yīng)試驗數(shù)據(jù)。

2.3 試驗結(jié)果

使用CANoe解析錄取的試驗數(shù)據(jù)，匯總試驗結(jié)果。本文僅以高壓互鎖HVIL信號失效為例進行分析說明，試驗結(jié)果如圖4所示。注入故障使得信號BMS_HiVoltInterlockSts置為Error，試驗結(jié)果表明：車輛能在設(shè)計的故障響應(yīng)時間內(nèi)響應(yīng)，進入安全狀態(tài)，且故障容錯時間滿足功能安全設(shè)計要求。

3 結(jié)論

搭建基于AVL整車級動力總成臺架，開展功能安全測試，在極限工況、車輛失效故障或軟件成熟度不足情況下，該方法能有效保障實車測試人員與測試樣車的安全，對開展功能安全測試具有較高的參考價值。

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（編輯 楊凱麟）

作者簡介劉喜濤，男，碩士，工程師，從事汽車試驗工作。