一種車身控制器邏輯功能測試系統

車曉波，莊汝科，劉曉建

(山東省汽車電子技術重點實驗室，山東省科學院自動化研究所，山東 濟南 250014)

車身控制器(body control module，BCM)作為車身控制系統的核心裝置之一，主要用于提高操控的方便性和乘坐的舒適性，其控制范圍涵蓋燈光、車門、雨刮、儀表等。隨著汽車電子技術的發展和車身電控單元數量的增多，BCM 承載的功能越來越復雜，如何保證BCM 控制功能的正確性和可靠性是產品開發過程中的一個難點。國外汽車廠商和機構已經對BCM 功能測試技術開展了廣泛研究，形成了如TestML、CTE 等測試用例生成工具，通過應用dSPACE、MATLAB/Simulink、Rhapsody 等控制系統開發工具進行仿真測試也取得了一些成果，形成了各自的解決方案［1-4］，但是國內廠商在使用這些方案時，通常需要支付昂貴的軟硬件費用。國內機構針對BCM 功能測試也做過很多探索，對測試用例生成方法［5-7］、基于虛擬儀器的測試系統［8-10］等方面都開展過研究。目前測試手段已經擺脫了在原型車中進行的方式，半自動化、自動化的測試流程成為行業發展的趨勢。對于汽車廠家而言，通常都根據自己的車型進行BCM 功能定義，運用國外測試方案不可避免地存在著周期長、費用高、擴展難等不利因素，甚至無法直接套用國外技術。因此，掌握一種BCM 功能測試技術，對于提高汽車廠家的自主研發能力具有重要意義。

硬件在環仿真是自動化測試系統常用的技術手段之一，利用計算機運行仿真模型取代BCM 的控制流程，再將BCM 的輸出回路反饋給計算機形成一個閉環的測試系統，該方法使測試具有可重復性、外部條件可控制、可進行臨界測試和極限測試等優點。本文介紹了一種通用的BCM 硬件在環測試系統的實現過程。

1 測試功能需求分析

BCM 工作時通過自身的I/O 接口或總線接收車內的開關信號、傳感器信號以及CAN/LIN 總線信號等，然后按照預先定義的控制邏輯，通過驅動電路實現對外圍負載的控制。BCM 功能測試的主要目的是驗證BCM 在不同操作下的響應是否達到設計要求，系統可分為硬件和軟件兩大部分，硬件部分應具備模擬實車環境為BCM 提供所需的輸入電平信號，同時對BCM 的反饋信號進行在線檢測的能力。軟件部分主要指上位機軟件，能夠模擬人工操作、機構指示和實車負載，檢測BCM 的運行狀態和行車參數，提供與BCM 設計要求相應的測試數據項。同時系統應具備操作靈活、開發周期短、系統易擴展等特點。

2 測試系統硬件結構

基于以上分析，BCM 邏輯功能測試系統將按如下思路實現。首先在計算機上開發人機操作界面和分析平臺，用于模擬人工操作和分析測試結果;其次，為計算機接入數據發生和接收裝置，將人機界面的操作轉換為控制信號發送給BCM;然后，將BCM 的輸出信號經數據接收裝置反饋給計算機形成閉合環路，用以檢驗BCM 的行為是否滿足功能需求。

2.1 硬件測試系統

BCM 功能測試系統總體結構如圖1 所示，主要包括計算機部分、數據采集設備、調理電路、電源、待測控制器等。

圖1 測試系統總體結構框圖Fig.1 Total structure block diagram of the test system

2.1.1 計算機部分

計算機部分包括工控機、數據采集板卡和顯示終端，工控機用于運行BCM 控制模型，是人機交互的主要平臺，模型采用National Instruments 公司的La bview 軟件實現，借助其數據流編程特性和Labview Real-Time 工具對嵌入式設備的支持，使系統更容易構建、修改和擴展。相對于其他工具如dSPACE、MicroAutoBox，本系統可以根據不同的任務需求，通過更換、升級板卡、增加虛擬儀器快速實現系統的升級換代。

2.1.2 數據采集設備

數據采集設備是連接計算機與待測BCM 之間的橋梁，用于傳遞來自計算機的控制命令，并接收BCM 的反饋信號。根據所處理信號類型的不同，數據采集設備包括數字I/O、模擬I/O、CAN/LIN 通訊設備等。設備與計算機之間采用插卡式連接，每一種設備是一種插卡，利用Labview 對實時操作系統和嵌入式設備的良好支持，可以在計算機上實現對數據采集設備的靈活控制，既保證了性能，又能采用不同硬件實現更多功能。

2.1.3 調理電路

調理電路用于將BCM 信號調理到板卡所能接受的范圍。如模擬、數字、脈沖電平電壓調制，信號濾波、放大調制等。例如，BCM 的有效電平通常是0～12 V，對于不能提供0～12 V 電壓信號的I/O 設備需要外接上拉/下拉電路加強驅動能力，以滿足BCM 的要求。

2.2 單項功能測試

由于BCM 功能很多，這里不能一一列舉，下面以轉向燈測試為例對系統測試方法、BCM 信號控制進行說明。

轉向燈的行為包括單獨閃爍和雙閃兩種，就左轉向燈單獨閃爍功能而言，具體要求是:當滿足車速大于30 km/h、點火鑰匙處于ON 檔位置、危險警示信號有效，同時左轉向開關閉合時，左轉向燈單獨閃爍。

由于對BCM 的邏輯功能測試過程也是通過計算機控制BCM 輸入信號并分析反饋信號的過程，因此，測試前需要對BCM 的信號類型及其控制和測試方法進行分析。

轉向燈功能涉及4 路輸入和1 路輸出信號，均為數字信號，采用NI PCI-6515 數字采集卡作為數據采集設備，該設備提供64 通道隔離數字I/O 接口，內部具有可靠的工業24 V 邏輯閾值，外部輸出電壓在0～30 V內可調，可以完成開關量輸入輸出、脈沖信號模擬。

其中點火鑰匙、危險警示、左轉向開關信號3 路屬于開關量輸入信號，開關量信號接口電路如圖2 所示，輸入均為低電平有效，當In 引腳懸空或者為高電平時，由于12 V 電源端(P12Vcon)的存在使Out 引腳保持高電平，當In 引腳處于低電平時，Out 引腳轉為低電平。這樣計算機可以通過數字I/O 設備控制In 引腳來操縱開關的關斷。另一路車速輸入表現為方波信號，接口電路見圖2，根據車速與方波頻率的換算關系(車速=方波頻率×速度因子)，可以得到波形的頻率參數，同理可以通過控制數字I/O 設備輸出一個準確的方波信號?？紤]到車速是一個連續變化的值，無法在所有可能的車速條件下都進行測試，可以在臨界條件附近選取幾個離散的點如29.5 km/h，30 km/h，30.5 km/h 進行測試。左轉向燈輸出(Left_Out)為開關量信號，接口電路見圖3，Left_Out 端輸出信號將通過數字I/O設備反饋給計算機，其狀態以虛擬車燈的形式顯示出來，用于觀察和分析該項功能的完成情況。

圖4 BCM 測試軟件界面Fig.4 BCM testing software interface

3 系統軟件與測試結果

3.1 系統軟件

系統軟件在計算機上為用戶提供了一個虛擬的操作界面(圖4)，按功能可劃分為門鎖控制、外部燈光控制、雨刮控制、除霜控制、防盜報警控制及警示指示燈控制等;界面元素包括各種控制輸入的滑動開關、控制速度的旋鈕、顯示BCM 反饋信號的LED 燈以及關鍵的統計數據等。在進行測試操作之前，首先需要配置數字I/O設備端口與被測BCM 端口之間的關聯表，通過關聯表建立起兩者之間的一一對應關系。當用戶操作界面上的控件時，計算機通過驅動數字I/O 設備輸出更新的控件值到相應的BCM 端口，實現對BCM 的控制，同時BCM 的輸出狀態將在界面上以圖形的方式顯示出來。

在測試時，為了保證測試工作的準確性，應著重從以下三個方面進行考核:

(1)控制功能測試:模擬駕駛行為輸入，利用控件對BCM 對象(比如門鎖、外部燈光等)模擬操作，進行BCM 完整控制策略的驗證，通過反饋信號的狀態判斷BCM 動作是否符合預期要求;

(2)性能測試:對時間或者動作次數有要求的功能項，比如期望轉向燈正常閃爍頻率為86 次/s，需要對相關功能項進行多次測試，對響應結果的穩定性、可靠性、實時性等進行驗證;

(3)無效測試:通過手工或者自動注入方式，使被測功能項中若干輸入條件中的一個或者幾個無效，或者添加與待測功能項無關的激勵，檢測BCM 的輸出狀態變化，實現對無效功能的測試。

3.2 測試結果

利用該系統對某車型BCM 邏輯功能進行了硬件在環測試，測試過程中發現的問題如表1 所示。

表1 BCM 功能測試結果(僅列出部分有問題的測試項)Table 1 BCM functional test results (Only some questioning test items listed)

被測的BCM 功能有56 項，通過測試發現其中12 項存在不同程度的邏輯問題，其中控制功能問題7 項，性能問題5 項。測試結果為產品質量的改進和提高提供了科學依據。整個測試過程均可通過計算機完成，與實車測試相比，簡化了操作，縮短了測試周期。

4 結論

本系統主要用于BCM 邏輯功能測試，系統使用方便簡單，可以模擬實車環境，實現在線測試。通過適當擴展升級可以完成大型、復雜的測試任務，并且系統成本低、可靠性高，在BCM 產品以及其他電子類產品的功能測試方面具有推廣價值。

隨著BCM 集成的功能越來越復雜，對測試系統的要求也愈加嚴格。在下一步的工作中，一方面要進行完善的測試用例設計，建立測試用例生成機制，對于需要多輸入的功能項，既能剔除無效的用例提高測試效率，也能夠通過改變輸入條件的多種組合擴大測試覆蓋范圍;另一方面，要建立BCM 測試評價標準、測試規范和測試流程，使測試工作趨向規范化、標準化。

［1］BARI C′M，PETROVI C′I，PERI C′N.Neural network based sliding mode control of electronic throttle［J］.Engineering Applications of Artificial Intelligence，2005，18(8):951 -96.

［2］NABI S，BALIKE M，ALLEN J，et al.An overview of hardware-in-the-loop testing systems at visteon［M］.USA:SAE International，2004.

［3］HANSELMANN H.Hardware-in-the-loop simulation as a standard approach for development，customization，and production test［M］.USA:SAE International，1993.

［4］LAMBERG K，RICHERT J，RASCHE R.A new environment for integrated development and management of ECU tests［M］.USA:SAE International，2003.

［5］李銳，王三宏，范德全，等.OSEK 操作系統一致性測試用例的生成［J］.計算機工程，2011，37(9):54 -56.

［6］崔應霞，李龍澍.基于輸入輸出關系的綜合黑盒測試方法［J］.計算機工程與設計，2007，28(23):5581 -5584.

［7］李秋英，劉斌，阮鐮.灰盒測試方法在軟件可靠性測試中的應用［J］.航空學報，2002，23(5):455 -458.

［8］趙永平，王啟松，李木天，等.汽車電子點火模塊檢測系統的研制［J］.汽車技術，2009(10):43 -46.

［9］吳海東，郭孔輝，盧蕩.基于LabVIEW RT 的硬件在環仿真［J］.汽車技術，2010(9):1 -4.

［10］王雷勇，盧燕，張天開.基于LabVIEW 的車身控制器功能測試系統設計［J］.橡塑技術與裝備，2008，34(5):50 -52.