半實物仿真測試在汽車電子電器系統中的應用研究

符曉芬

摘 要：汽車的開發生產過程中需要進行許多測試，采用實際部件則耗費巨大，且限于環境因素，不能有效測試極端條件下的各種性能。半實物仿真測試利用計算機模擬，建立仿真模型來測試汽車電子電器系統的各項功能。本文即討論它的實際應用。

關鍵詞：汽車電子電器；半實物仿真測試；應用研究

在科技和生活水平都不斷提高的今天，汽車在人們生活中的位置越來越重要。作為一種現代社會的標志，人們對汽車的要求也越來越高。不僅要求其舒適和安全，將目標放眼于正在放在目標的節能和環保。不僅考慮個人效益，如今更是考慮了社會效益。因此其電氣系統越來越復雜。為適應現代工業對汽車檢測的速度和準確度的要求，人們通常使用半實物仿真測試來測量對比汽車電子電器系統的可靠性。

一、半實物仿真測試系統概述

半實物仿真測試（Hardware-in-the-Loop Simulation）又叫硬件在回路仿真，即在汽車電子電器系統開發階段，利用計算機和測試臺架模擬汽車實際境況，實時監控和測試各種信號和數據，以全面、詳細地測試汽車的電子電器，考察其在極限條件下的應用。這種方法不僅可以大大節約費用，還可以縮短開發測試周期，并且也增強系統設計的安全性及可靠性。因此為廣大的測試工程師所普遍使用。

半實物仿真測試系統通常包括軟件和硬件兩部分。

硬件即dSPACE，實際的汽車執行器和傳感器信號由其產生和接受，它連接了車輛的仿真環境和真實環境，汽車電子電器系統的實時環境就是由它構成，是為軟件模型與測試系統的實時接口。

軟件即MATLAB/Simulink，汽車各動力系統的運行狀況就由它來進行模擬，由于其圖形化的用戶界面，有關模型測試和定義、人機交互等等方面都很方便。利用測試仿真模型，設置好各項參數后在虛擬的測試仿真環境中進行實時仿真測試，這就是半實物仿真測試。

由于大量測試工作被轉移到微機上進行，原有的實驗操作方法和操作環境保持不變，測試工程師通常可以獲得在真實環境中一般的效果，系統的開放性和真實性保證了測試項目的完成，其效果接近或等價于真實。

二、汽車電子電器系統及測試內容汽車電子電器

將除了發動機和變速箱本體以外的其余所有汽車電子電器零件，如整車線束、執行器、傳感器和電子控制單元等集合置于鋁合金車架上，這個系統就是汽車電子電器系統平臺，半實物仿真測試就在這個平臺上進行。

測試內容：電子電器系統集成測試包括功能測試、性能測試、網絡測試、診斷測試和電磁兼容測試五大塊。

功能測試包括整車級集成功能測試、系統級集成功能測試、接口測試、誤用濫用測試、用戶感知測試、過壓測試和故障處理測試等。這部分測試持續時間最長，從試制造車前一直持續到車輛上市階段。

整車級集成功能測試關注的是系統性功能的實現，保證整車電氣零件能夠正常運行。

系統級集成功能測試關注的是系統設計的準確性和合理性，驗證系統功能，使之符合工程師和用戶的要求，提高產品質量。

接口測試包括硬件接口和軟件接口，前者關注輸入輸出的匹配，后者則關注信號的交互，保證跨系統的各接口間的電路匹配、軟硬件信號的同步，信號的定義一致，保證系統信號準確穩定地傳輸。

誤用濫用測試包含誤用和濫用，前者指不正常的或不正確的操作，后者對某項功能或某個系統的頻繁過度使用，它確保非正常操作時能給出必要的警示，同時不影響駕駛員安全，而且在操作恢復后功能能正常使用。

用戶感知測試考察用戶感知的滿意度，用以衡量車輛設計的是否成功。

過壓測試考察系統在高負荷運行環境等情況下能夠正常工作，測試產品的過壓承受力。

故障處理測試則在于尋找導致系統發生失效的原因，時進行反復測試，減少失效模式給用戶帶來的不便和困擾。

性能測試包含整車靜態電流測試、整車待命狀態電流測試、電氣回路電流及電壓降測試、整車接地性能測試及接地點移除造成電氣功能紊亂確認測試、保險絲熔斷性能測試及保險絲缺失造成電氣功能失效確認測試和整車電壓相關的功能測試。

網絡測試可與功能測試可同步進行，包括物理層測試、通信層測試和網絡管理測試，從而認證整車網絡。

診斷測試包括系統參數配置、軟件刷新、I/O控制測試、DTC測試、傳輸層測試和服務層測試。

電磁兼容測試是在試制造車階段對工程車進行實車測試，分為EMI測試和EMS測試。

三、應用實例

以Roewe某款車型為例，其電子電器系統半實物仿真模型主要包括環境模型、車輛動力學模型、帶渦輪增壓的汽油發動機模型、液力變矩器模型和變速箱模型。由于汽油發動機的工作點由節氣門開度、噴油時間和點火正時時刻所決定，因此由試驗所得的轉速、扭矩和效率特性MAP曲軸就組成汽車發動機模型。通過充分考慮液力變矩器鎖止、打滑和分離，可根據特性曲線給出液力變矩器模型。

按照油門開度、車速和當前擋位等參數進行計算，考慮經濟換擋、動力換擋和雪地換擋三種模式，由此可建立換擋變速箱模型主。通過計算當前的行駛阻力和車速，可給出車輛動力學模型。利用MATLAB/Simulink就可以建立Roewe某款車型的仿真模型，再用ControlDesk建立電子電器系統仿真測試界面，在微機上就可以進行該車型的電子電器系統仿真測試。該測試包括電子電器系統物理集成測試、車載診斷功能測試、車載網絡測試、系統功能測試、整車電氣性能測試和故障回放。

四、結論

半實物仿真平臺的優點在于模擬實際的汽車環境而沒有副作用，不受時間、地點和環境因素的影響，可以任意模擬極端條件測試汽車電子電器系統，找出其不足。且此方法可在汽車電子電器系統未完成的情況下單獨測試子系統，有效提高開發流程的效果。它觀念強大，不僅縮短開發周期，還降低了設備以及相關的維護成本，具有很強的實用性和經濟性。

參考文獻：

[1] 胡朝峰，張海濤，郝飛等.半實物仿真測試在汽車電子電器系統中的應用[J].北京汽車，2010（4）.

[2] 胡朝峰.汽車電子電器硬件在環仿真實驗系統的研究[J].汽車電器，2010（6）.