基于硬件在環的EMS自動化測試研究與應用

燕冬，王愛春，劉貴濤，劉衛東，吳方義，彭晨若，萬麗琴

（江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001）

基于硬件在環的EMS自動化測試研究與應用

燕冬，王愛春，劉貴濤，劉衛東，吳方義，彭晨若，萬麗琴

（江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001）

介紹一種基于dSPACE平臺的EMS硬件在環自動化測試系統的解決方案，基于Matlab／Simulink建立了汽油發動機的本體模型，借助dSPACE的機柜和測試控制軟件搭建EMS的硬件在環測試平臺，實現了系統的開、閉環調試，并以一條測試用例為例，詳細介紹硬件在環自動化測試流程和測試方法。

硬件在環；發動機控制模塊；自動化測試

發動機控制模塊EMS的開發，是整個汽車開發周期中比較復雜且重要的一部分。近年來，市場車型的更新換代加快，促使各整車企業加快了對EMS的開發和測試。硬件在環（Hardware-In-The-Loop，簡稱HIL）測試作為一種新型的開發測試手段，其精確、快速、高效和費用低等優點，對發動機控制模塊開發的提高具有極大的促進作用［1-2］。目前，HIL測試廣泛應用于國外EMS的開發測試。在國內，只有少數整車企業和大學開展了一些關于EMS硬件在環測試平臺搭建的研究［3-5］。本文基于HIL測試在一款在研車型EMS開發測試中的應用，介紹EMS的硬件在環測試平臺的搭建和測試的建立。

1 EMS硬件在環自動化測試平臺介紹

EMS硬件在環自動化測試系統主要由發動機模型、機柜以及上位機組成。發動機本體模型是基于Simulink的ASM模型；機柜主要由DS1006實時處理板卡和部分真實負載等組成；上位機是由dSPACE公司開發的軟件包組成。

2 EMS硬件在環自動化測試系統搭建

2.1發動機本體模型

硬件在環的思路，就是把真實的控制器放在虛擬的被控對象中進行測試。被控對象的模擬精度直接影響到了測試結果的準確性。所以發動機模型的建立，是整個硬件在環測試的核心之一。本文所介紹的發動機模型是基于韋伯燃燒的汽油機缸內ASM模型。該模型精度可達到μs級，可計算每次燃燒釋放的轉矩。同時可以滿足實時仿真的要求，能保證HIL測試的精確度。圖1為發動機物理模型示意圖。

圖1 發動機物理模型示意圖

發動機模型主要包括進排氣模型、燃油模型以及燃燒模型，發動機模型主要根據質量守恒、能量守恒以及理想氣體公式來數學建模。

1）進排氣模型通過理想氣體公式PV=MRT來建立進排氣的模型。進排氣物理模型示意圖見圖2，計算公式見式（1）。

圖2 進排氣物理模型示意圖

2）燃油模型根據質量守恒定律來建立燃油的模型。燃油系統物理模型示意圖見圖3，計算公式見式（2）。

圖3 燃油系統物理模型示意圖

3）燃燒模型本項目燃燒模型使用的是基于韋伯燃燒的熱學模型。仿真計算每一次燃燒產生的轉矩。燃燒室物理模型示意圖見圖4。

圖4 燃燒室物理模型示意圖

理想氣體公式如下

質量守恒公式如下

能量守恒公式如下

根據以上數學公式搭建的發動機Simulink模型如圖5所示。

圖5 發動機Simulink模型

圖6 EMS HIL測試機柜

2.2EMS測試平臺軟硬件搭建

根據EMS電路接口圖來配置IO板卡、相關傳感器的信號調理板卡和故障注入板卡等機柜硬件，如圖6所示。資源配置時應適當考慮資源冗余。

本項目所使用的機柜配置有DS1006處理板卡1塊，DS2211／2202 IO板卡2塊，DS291故障注入板卡14塊，DS5390大電流故障注入板卡1塊，DS223信號調理板卡2塊，CAN卡和LIN卡各1塊。如圖6所示，整個機柜從上至下包括電源開關、程控電源、FIU板卡、BOB盒、真實負載箱、處理器PX盒等。

控制機柜的上位機軟件是由德國dSPACE公司開發的商業軟件包。項目中主要使用Control Desk和Automation Desk來執行自動化測試。

1）Control Desk加載模型經過編譯后的sdf數據庫。將所有數據圖形化，可實現數據的實時控制和測量，如圖7所示。

圖7 ControlDesk操作界面

2）AutomationDesk圖形化的自動化測試序列編寫軟件。調用ControlDesk的數據控件，實現數據的設定，并且采集記錄該數據生成測試報告。

3 EMS硬件在環自動化測試應用

圖8 測試序列

以EMS的HIL自動化測試為例，介紹整個自動化測試流程。

1）測試用例根據EMS的功能規范，編寫功能點的測試用例。本文以冷卻液溫度對發動機怠速穩定性的影響為測試用例。將冷卻液溫度設置為-30℃，每30s增加1℃，直到0℃。觀察發動機怠速的穩定性。目標結果是怠速應該穩定在目標轉速。

2）測試腳本通過Automation Desk軟件可圖形化編寫測試腳本，如圖8所示。

3）測試結果分析評價AUD可以采集所有數據并生成表格供測試結果分析，如圖9和圖10所示。測試結果評價可以通過AutomationDesk自身提供的模塊庫來判斷測試結果，也可通過編寫Python語言來判斷測試結果。本文測試用例就是利用Python語言來判斷測試結果是否通過。

圖9 冷卻液溫度曲線

圖10 發動機怠速曲線

從圖9、圖10可看出，隨著冷卻液溫度穩定上升，怠速轉速穩定地下降。符合測試的預期結果。

4 總結

HIL測試的經濟、高效、安全等特性，使得該測試系統已成為發動機控制模塊功能診斷、通信測試的主流測試方法。本文通過測試平臺的搭建及應用，介紹HIL測試在EMS開發中的應用。說明HIL測試可縮短EMS的研發周期，降低開發成本，是快速開發EMS的有效途徑。

［1］劉衛東，王愛春，吳方義，等.車身控制模塊硬件在環測試系統搭建及測試應用［J］.汽車電器，2015（12）：50-53.

［2］吳方義，劉衛東，王愛春，等.基于硬件在環的車身電子穩定系統自動化測試研究［J］.汽車電器，2016（1）：48-50.

［3］田真，黃小楓，李志成，等.整車控制器硬件在環測試流程及測試用例庫設計［J］.汽車工程學報，2014（3）：207-212.

［4］黃永逸，馬增輝，鄭韓麟，等.汽油機ECU HIL自動化測試的實現［C］／／中國汽車工程學會.2014中國汽車工程學會年會論文集.北京：機械工業出版社，2014（4）：62-65.

［5］吳超，李玲，張燕.Python腳本在整車控制系統HIL測試中的應用［J］.上海汽車，2012（2）：37-40.

（編輯 心翔）

Research and Application of Automatic Testing EMS based on Hardware-In-The-Loop Simulation Technique

YAN Dong，WANG Ai-chun，LIU Gui-tao，LIU Wei-dong，WU Fang-yi，PENG Chen-ruo，WAN Li-qin
（Jiangling Motors Co.，Ltd.，Nanchang 330001，China）

This article describes a solution of automatic testing system for EMS based on Hardware-In-The-Loop（HIL）of dSPACE.A mode is built to simulate the engine based on Matlab／Simulink，and the EMS HIL test platform is setup using the dSPACE cable and the relative software.The open-loop and closed-loop validation is performed，and a test case is taken as example to introduce automatic testing process and EMS HIL testing solutions.

Hardware-In-The-Loop；Engine Manage System；automatic testing

U463.61

：A

1003－8639（2016）12－0057－04

2016-04-20

燕冬（1987-），男，工程師，主要從事汽車電控單元開發與自動化測試工作。