車載電控單元測試研究

王敏

【摘 要】車載電控單元的測試是保證其質量及整車質量的重要手段，而傳統意義上理解的測試過于片面，本文從開發流程的角度，闡述了不同開發階段涉及的所有測試活動。了解各項測試活動的意義、內容及方法，對于合理制定測試方案和計劃、有效執行測試意義重大。

【關鍵詞】車載電控單元；開發流程；測試活動

【Abstract】Test of Electronic Control Unit is an important means to ensure its quality and vehicle quality，but the traditionally ECU test is too one-sided.This paper describes all the testing activities involved in various stages of development according to the development process.It is very meaningful to understand the significance，content and methods of testing activities for developing a reasonable test program and executing the test effectively.

【Key words】ECU；Development Process；Testing Activities

0 引言

隨著汽車電子控制單元（Electronic Control Unit，以下簡稱ECU）的發展，ECU的質量對整車質量的影響越來越大，ECU的測試作為其開發過程中必不可少的一部分，對保證其質量是至關重要的。傳統意義上理解的ECU測試可能僅僅是對應用功能的測試，但實際上，ECU的開發過程中包含了各種不同側重點的測試活動，正是這些測試活動組合在一起才能真正有效保證其質量。本文以實際工作經驗為基礎，闡述了各項測試活動的測試內容、測試意義及測試實施要點，對入行不久的ECU開發測試工程師或其相關的產品設計發布工程師均具有一定的借鑒意義。

1 測試流程

ECU的測試流程與開發流程是息息相關的，不同的開發階段，測試活動有所偏重，具體如圖1所示。需要說明的是，軟件開發基礎階段即ECU基本功能實現，協議層較為穩定；軟件開發完備階段即ECU全部功能實現，且基本功能已通過測試驗證。同一階段的測試活動一般沒有嚴格的先后順序，可以同時進行。

2 測試活動詳述

2.1 代碼測試

代碼測試作為最初級的測試活動，旨在保證代碼質量，其包括三個環節，每一個環節都可在專業的測試工具下搭建測試環境進行測試活動。

一是代碼審查，可使用DAC工具，通過創建項目、配置項目、選擇規則/度量標準、執行檢查等操作生成測試結果，然后對生成的結果進行分析整理，形成測試報告。其主要作用是參考MISRA-C等規則檢查代碼的編程規范。

二是靜態分析，可使用Goanna工具，在安裝了Goanna的集成開發環境中創建項目，運行Goanna生成測試結果，然后對生成的結果進行分析整理，形成測試報告。其主要作用是檢測代碼的運行時錯誤，如數組/指針越界、死循環、死代碼等。

三是動態單元測試，測試之前需要根據需求分析文檔、軟件詳細設計文檔等設計相應的測試用例，然后可使用Tessy工具，創建測試項目、指定測試環境和添加源文件、編輯測試接口、輸入測試用例、執行測試生成測試結果，然后對生成的結果進行分析整理，形成測試報告。其主要作用是通過實際運行被測程序，檢查運行結果與預期結果的差異，并分析運行效率和健壯性等性能。

雖然專業的測試工具有其不可替代的優勢，特別是Tessy這種專門用于嵌入式軟件動態測試的工具，但考慮到開發成本問題，代碼測試也可以通過手動代碼審查及在原有開發環境中編寫測試腳本進行動態測試來代替。當然，這種測試方式對代碼測試人員的專業素質有著更高的要求。

2.2 總線協議測試

總線協議測試包括總線性能測試和診斷協議測試兩個部分。總線和診斷是大多數ECU必不可少的功能，具備較強的的通用性。

總線性能測試主要以總線所遵循的標準（如CAN總線基于ISO 11898）、及被測ECU的通訊矩陣等為依據制定測試規范，測試內容[1]包括物理層、數據鏈路層、交互層、網絡管理、網絡錯誤處理等，其一般測試環境配置如圖2所示，其中總線監測/模擬系統如Vector的CANoe，總線干擾儀如CANstress，總線示波器如CANscope等。由于Vector的工具彼此適配良好且具備強大的開發功能，我們可以通過編寫測試腳本實現總線性能的自動化測試。

診斷協議測試主要以總線所遵循的診斷標準（如CAN總線基于ISO 14229/ISO 15765）、及被測ECU的診斷參數列表為依據制定測試規范，測試內容包括被測ECU的診斷參數列表上定義的所有診斷服務。該測試也可利用特定的測試工具進行自動化測試，如利用Vector的CANdela生成診斷數據庫文件，利用CANdiva進行診斷規范的自動化測試等。

2.3 系統功能測試

系統功能測試是最基本的測試活動，其著眼于ECU的應用功能，一般可分為臺架測試和實車測試兩個部分。無論是臺架測試還是實車測試，都需要根據功能需求規范等需求文檔進行需求分析并編寫測試用例，臺架測試應盡可能多的覆蓋所有測試用例，而實車測試一般難以覆蓋所有的測試用例，如故障情況、極限條件情況、整車供電變化情況等。除此之外，ECU的開發一般與整車開發同步，而開發階段的實車測試資源有限，這也是實車測試的局限。

正因為實車測試的局限性，為避免測試疏漏，臺架測試環境應盡量模擬實車環境。傳統臺架測試環境一般包括電源、被測ECU、實際/模擬的I/O口、總線監測/模擬工具及其他測試測量工具等，這對于ECU開發初期的功能測試是必不可少的，它便于分析問題原因，便于優化測試用例及測試方法。但當ECU的開發趨于穩定，開發周期越來越短，基于傳統臺架測試環境的功能測試就顯得有些笨拙，我們需要更加智能便捷的自動化測試。典型的自動化測試系統如HIL等[2]，它將傳統臺架測試所需的各個部分集成在一起，并帶有測試開發環境，通過編寫測試腳本，可以實現大多數測試用例（通常是已經過臺架測試優化的）的自動化測試。圖3展示了一個HIL系統的測試機柜及其開發環境編寫的測試界面。除了專業的自動化測試系統，我們也可以利用常用總線工具（如CANoe、Vehicle Spy）的開發功能，甚至結合方便調用各類硬件接口的開發環境（如LabVIEW）實現半自動化測試，如此既提升了測試效率也兼顧了測試成本。

然而，無論臺架測試環境多么仿真實車環境，實車測試仍是必不可少的。實際的測試活動中，實車測試往往能發現許多令人難以想像的問題甚至是設計缺限。對于一般的汽車電子零部件供應商，實車測試常常到主機廠DRE驗收測試才進行，但對于主機廠自主開發的ECU，實車測試的進行就相對要便利得多。

2.4 性能參數測試

各ECU的性能參數千差萬別，如音視頻導航系統的音頻、視頻、GPS相關性能指標，BCM/PEPS系統的射頻、低頻通信指標，也有如同最大工作電流、休眠電流等通用的性能參數。性能參數是否達標既依賴于ECU開發初期的硬件選型，也依賴于軟件實現。因此，我們不能僅僅依靠硬件供應商提供的性能參數報告，而需要在軟件集成達到一定成熟度時，進行整體的性能參數測試。當然，很多性能參數的測試對測試環境及測式設備要求較高，ECU的開發商可以根據自身的測試資源選擇自己進行測試或到專業的實驗室完成測試。

2.5 可靠性測試

可靠性測試是一個比較寬泛的概念，這里主要指軟件的可靠性測試，對于硬件的可靠性測試，則主要在環境試驗中體現，下一節將會具體闡述。

軟件可靠性測試有壓力測試、交互測試、破壞測試、隨機測試等測試方式。壓力測試通常以最基本的功能為基礎，通過制造極端條件（如總線負載率達100%）或大量重復操作（如反復點火）等來驗證ECU在壓力狀態下功能是否正常。交互測試可分為內部交互與外部交互，內部交互主要考慮ECU各功能模塊之間的影響，外部交互則考慮被測ECU與車上其他ECU之間的影響。破壞測試即故意制造錯誤條件，以驗證ECU在錯誤狀態下的保護機制，并且能否從錯誤中恢復。隨機測試，顧名思義就是進行隨機操作，在沒有被預先設定的測試規范所框住的情況下，隨機測試常常會有意想不到的收獲。

事實上，可靠性測試可以認為是系統功能測試的有效補充，很多ECU的開發甚至不會嚴格區分這兩者，只是在測試的不同階段，執行上會有所偏重。在ECU開發初期，一般主要進行基本的系統功能測試，當系統功能趨于穩定的時候，會日漸加重可靠性測試的執行度。可靠性測試的執行過程中，壓力測試、交互測試、破壞測試可通過自動化測試達到較高的執行效率和執行覆蓋度，隨機測試則一般通過手動測試進行。

2.6 環境試驗及電磁兼容試驗

環境試驗[3]即考察ECU在不斷經受自身及外界氣候環境、機械環境影響的情況下，是否仍能在一定壽命時間內保持正常工作。它可以被認為是一種基于硬件性能的可靠性測試。環境試驗的具體項目包括電氣試驗、機械試驗、溫度試驗、濕度試驗、鹽霧腐蝕試驗、耐工業試劑試驗、外殼防護試驗、可靠性耐久試驗等，不同的ECU所需試驗的項目及試驗要求都不盡相同。按開發階段劃分，環境試驗可分為設計驗證（Design Validation，DV）和產品驗證（Product Validation，PV）兩個部分。設計驗證需要進行所有項目的試驗，試驗樣品所用的材料、尺寸等必須符合量產狀態，試驗結果將作為設計凍結的依據，使ECU進入小批量生產階段；而產品驗證可以只選取部分在設計驗證試驗期間出現失效或者認為風險較高或者生產工藝對試驗結果有影響的試驗項目，但試驗樣品必須是從正式生產線制造出來的，試驗結果將決定ECU能否正式進入批量生產階段。

很多時候我們需要在特定的環境試驗箱中進行耐久試驗，試驗過程的監控首先應考慮ECU所有的硬件模塊及I/O口，以防設計失效未檢測到；其次試驗監控數據特別是異常結果應注意保存，它是分析失效原因，改進硬件設計的的重要依據；再者，應盡量使監控流程易于執行，滿足長時間周期性監控的要求。在實際的ECU開發過程中，我們應該根據環境試驗相關標準（如ISO 16750、IEC 60068等），結合ECU自身特性，確定試驗項目和試驗計劃，并制定及實施試驗監控方案。從功能性和經濟性考慮，以LabVIEW等作為上位機，結合低成本的總線功具及適應ECU I/O口的負載板的環境試驗監控系統有較高的實用性。圖4列舉了一個基于LabVIEW開發的環境試驗監控系統的上位機實例。

電磁兼容試驗即測試ECU在其電磁環境中能否正常工作且不對該環境中任何事物造成不能承受的電磁騷擾，它包括電磁騷擾發射試驗和抗擾度試驗兩個部分。同性能參數測試類似，電磁兼容試驗對試驗場地及試驗設備有較高要求，一般ECU供應商會選擇委托專業實驗室進行。另外，環境試驗和電磁兼容試驗均以測試ECU硬件為主要目的，對軟件完備性沒有嚴苛要求，通常在軟件開發初期，軟件實現基本功能，能滿足試驗監控需求即可。

2.7 生產下線檢測

ECU從工廠生產線下線后，需要經過測試以驗證其生產合格，同時還需要將ECU的生產信息，如序列號、生產日期等寫入ECU內部。生產下線檢測方式[4]與環境試驗監控方式類似，這里不再贅述。需要補充的是，生產下線檢測所用軟件一般是較為完備的正式軟件（具備診斷功能），除了應用功能檢測外，還可以利用其故障診斷功能進行自查；其次，由于生產下線檢測一般是由沒有專業背景的工人來操作，檢測系統需要更加簡明易行；再者，每個ECU都應保留其檢測報告，便于后續問題追溯。

2.8 整車裝車測試

整車裝車測試是指ECU到達主機廠并裝配到實車上后的功能測試，該項測試一般會以點檢的形式，選取少數基本功能進行驗證。除此以外，還需要通過診斷儀對ECU的零件號、軟/硬件版本號、故障碼等信息進行確認，有的還需記錄ECU與實車的綁定關系、寫入實車配置信息等，這些也可以算作裝車測試的一部分。整車裝車測試應充分適應主機廠總裝生產線的環境和裝配流程。

3 總結

本文幾乎涵蓋了ECU開發過程中所涉及的所有測試活動，各項測試活動的目的雖然不盡相同，但測試方法卻可互相借鑒。我們若能知其意義、明其方法，在開發立項之初，充分評估各項測試活動所需資源，制定合理的測試方案及測試計劃并有效實施，對于保證ECU質量及整車質量必是大有所益。

【參考文獻】

[1]QJGAC1523.053-2016，低速CAN ECU總線測試方法[S].廣州：廣州汽車集團股份有限公司，2016.

[2]黃勝龍.汽車發動機ECU的自動化HIL仿真測試平臺的研究與實現[D].吉林：吉林大學，2013.

[3]QJGAC 1523.028-2014，電子電氣零部件環境適應性及可靠性通用試驗規范[S].廣州：廣州汽車集團股份有限公司，2014.

[4]翟琰，魏振春，韓江洪，衛星.基于腳本語言建模的汽車ECU測試系統設計[J].計算機工程，2012，38（15）：260-263.

[責任編輯：湯靜]