一款純電動輕卡的整車控制器硬件在環測試與驗證

李 軍，沈 凱，劉衛東，吳方義，王愛春，黃少堂，方宜學

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

隨著各大主機廠、互聯網公司和零部件供應商等新造車勢力的加入，新能源汽車呈現井噴式增長。在國家大力發展新能源汽車產業的同時，也出臺了相應的法律法規來把控新能源汽車的品質和安全。整車控制器VCU作為新能源汽車的核心部件，對整車功能性和穩定性的提升有著至關重要的影響。

在新能源汽車整車控制器V型研發過程中，硬件在環測試 （HIL）貫穿整個研發階段，HIL測試可以更全面地完善設計需求，幫助研發工程師解決VCU開發過程中的軟件Bug和集成問題。HIL測試的全面性和便利性，可以有效地縮短VCU的研發周期，優化開發流程，降低研發成本，具有較顯著的經濟效益［1］。

本文基于dSPACE硬件在環測試平臺，搭建了純電動輕卡的整車控制器硬件在環測試環境，開發了自動測試序列，可對VCU進行全功能測試驗證。

1 VCU硬件在環測試原理和架構介紹

1.1 VCU硬件在環測試原理

本文純電動輕卡的VCU主要有整車模式管理、充電管理、能量管理、熱管理、安全管理、故障管理、扭矩管理等7大功能模塊，實現了整車上下電、充放電、AC功率分配、驅動行駛等功能的管理和控制。

整車控制器硬件在環測試的原理：基于HIL測試平臺，模擬駕駛員操作意圖和整車各個模塊系統，并將模擬的各模塊運行狀態和指令發送給VCU，通過監測VCU功能的使能來驗證VCU軟硬件的功能性和穩定性。

整個VCU HIL測試主要分為兩部分：①HIL測試臺架準備；②自動測試序列開發和驗證。通過硬件在環測試，可以實現“人-車-環境”的閉環仿真測試［2］，達到實車驗證前全功能測試的目的，測試流程如圖1所示。

圖1 VCU_HIL測試流程

1.2 HIL測試平臺架構

純電動VCU硬件在環測試平臺主要包含3部分。

1）dSPACE自動測試機柜，其中包括IO板卡、處理器、信號調理器板卡等關鍵部件；與VCU進行物理連接，實現電信號、通信信號、AD等信號的調制輸出。

2）軟件平臺包括兩款dSPACE軟件：上位機軟件 （Con－trolDesk） 和測試序列編輯軟件 （AutomationDesk）［3］。通過調用控件實現數據可視化顯示和發送，并對測試結果進行自動驗證。

3）基于Matlab／Simulink搭建的純電動卡車整車仿真模型，主要包括VCU_IO模型和VCU_MDL車輛模型。

其中VCU_IO模型包括：IO接口、CAN總線BUS模型、電源ControlPanel模塊；VCU_MDL模型包括電機、電池、變速器、車輛動力學模型等模型。

基于dSPACE的硬件在環測試平臺構架如圖2所示，將真實的電控單元接入一個虛擬的整車環境中，通過IO接口將VCU與臺架相連。并由上位機軟件來模擬虛擬節點與VCU進行實時通信，通信內容由dSPACE機柜來調制，并將控制的電信號和CAN／LIN信號輸出給VCU，最后通過監測VCU的狀態位和使能位來驗證VCU的功能性。

圖2 硬件在環測試平臺架構

2 VCU硬件在環測試開發和驗證

本文測試對象為一款純電動卡車，VCU共包含7大功能模塊［4］，測試內容需覆蓋以下幾部分：整車上下電、AC功率分配、水泵風扇冷卻控制、高壓互鎖故障檢測、擋位解析、扭矩控制等功能。

根據VCU的功能規范和通信協議 （DBC）來開發相應的測試用例［5］，通過采用等價類分、因果圖法、邊界值法等多種方法，來保證VCU硬件在環測試用例的全面性和準確性。因測試功能較多測試用例多達數千條，本文以一條高壓上電測試為例，詳細闡述VCU硬件在環測試的測試用例編寫、自動測試序列搭建、測試結果驗證等工作。

2.1 測試用例開發

高壓上電功能規范中描述：高壓上電時，首先檢測BMS、MCU、DCDC系統狀態，以及高壓附件 （PTC、空調、打氣泵、轉向泵、DCDC）工作狀態為停止工作；同時電機電容狀態不為禁止充電，電機驅動狀態為disable。然后VCU向BMS發出高壓上電請求，BMS在收到VCU發送高壓上電請求后，根據自身的情況決定是否進行高壓上電。編寫高壓上電測試用例如圖3所示，將功能規范全部條件化和信號化。

2.2 自動測試序列開發

根據高壓上電測試用例，編寫硬件在環自動測試序列，在AutomationDesk軟件中調用數據庫的初始化模塊、write模塊、數據capture模塊、結果驗證check模塊等，有序地搭建成測試序列，并對模塊進行相應數據關聯。

圖4 為部分高壓上電測試序列，該部分完成了序列初始化、模擬駕駛員踩制動踏板和將鑰匙擰到Key_Start的操作。通過運行該條測試序列，可以將測試用例中的駕駛員操作和其他模塊動作通過CAN信號和電信號發送給VCU，然后再去監測和檢查VCU的狀態信號和使能位，自動判斷測試結果是否通過，并輸出PDF格式的測試報告。

圖4 搭建自動測試序列

2.3 測試結果驗證

運行自動測試序列后，在AutomationDesk軟件中會自動生成測試結果，測試表明高壓上電允許指令異常，結果失敗，如圖5所示。

圖5 高壓上電測試結果

在進行高壓上電過程中，VCU通過判斷上電條件滿足后，發送上高壓電允許指令給BMS，BMS接收到高壓上電允許指令后再進行高壓上電。但在圖5中的上電允許指令先allow后跳變為forbid（如曲線2所示），整車模式依然上高壓成功ID=5（HV_Mode），該結果與功能規范描述不符，記錄為問題項。

通過查詢內部變量可知，在滿足高壓上電條件后，VCU跳過了上電指令檢測流程，直接進行高壓上電，故該上電指令未起效，需修改軟件。

在VCU軟件修改完善后，進行回歸測試，重新完成一套完整的測試，測試表明高壓上電功能測試通過，如圖6所示。

通過一整套VCU硬件在環測試驗證方法，可以有效全面地完善VCU設計需求，發現軟件Bug，驗證VCU各模塊的穩定性和功能性。

3 總結

圖6 高壓上電回歸測試

本文基于dSPACE平臺，為一款純電動卡車搭建了VCU硬件在環測試環境，從測試用例開發、自動測試序列開發到VCU測試實施和驗證，詳細闡述了一整套VCU行之有效的測試驗證方法。實測結果表明，該純電動輕卡VCU可以及時響應駕駛員意圖，實現對車輛的有效控制；VCU硬件在環測試可以有效提高VCU的開發效率，降低成本，優化開發流程。