自動化測試系統在控制單元黑盒故障注入測試中的應用

谷原野，節忠海，孫運璽，劉德利，王邵龍，孫 云

（一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130000）

乘用車在電子控制單元軟件或硬件發生故障時會記錄相應的故障碼（DTC），售后再通過診斷儀連接乘用車的OBD診斷接口進行讀取故障與解析，指導電氣故障的定位、排查及解決。故障碼定義規則已經在ISO國際標準中進行了明確定義，目前乘用車的電子電氣越來越復雜，在乘用車開發階段故障碼的全面測試具有重要的意義，對于控制單元的診斷功能開發具有反饋與指導作用，包括故障碼設置的必要性、故障碼觸發策略合理性以及故障碼自清除策略的正確性等等。作為OEM，需要驗證車輛包括的所有控制單元在單系統、整車集成以及實車的環境下故障碼設計的正確性以及整車表現的一致性［1］。

1 故障注入測試

OEM一般采取故障注入測試的方式將控制單元作為黑盒進行測試［2］，即為控制單元模擬故障碼觸發的各種條件制造各類電氣故障，然后應用診斷儀通過UDS診斷服務進行讀取控制單元記錄對應的故障碼及故障碼狀態，以及故障回復后可應用診斷服務進行故障清除。故障碼的測試流程一般如圖1所示，首先清除控制單元的所有故障碼；然后模擬并保持故障觸發條件，并用診斷設備讀取控制單元的故障信息，控制單元會記錄對應的故障碼，故障碼的狀態位為當前正在產生的故障；接著恢復故障觸發的條件，再次通過診斷設備讀取控制單元的故障信息，控制單元仍記錄對應的故障碼，故障碼的狀態位變為歷史故障，故障碼的狀態位在ISO 14229—1附錄D中有詳細定義，如表1所示［3］；最后清除故障碼，讀取后應無故障碼，如有些故障碼有自清除策略，重新觸發故障碼，并模擬自清除觸發條件（點火循環ON→OFF→ON，N次），在N-1次讀取故障碼時故障碼應存在，第N次讀取故障碼時故障碼自清除。

故障注入測試一般多采用人工測試的方式，目前應用較多的測試工具包括Vector的CANoe及CAN dela、風邱科技DTS等。但是人工測試存在一些劣勢，例如人工測試短路時，操作不當會造成乘用車的車載電器損壞，并且重復性測試（自清除策略需上百次操作）的一致性很難保證，而應用自動化的測試方式即可規避和解決此類問題，并能提升測試效率和一致性。

圖1 故障注入測試步驟

表1 故障碼狀態標志位

2 自動化測試應用

2.1 自動化系統搭建

自動化測試系統大概分為硬件搭建與軟件搭建兩部分。系統硬件環境搭建原理設計較為簡單，以控制器與負載之間的電氣連接關系為依據，將自動化系統串接控制單元與負載之間，如圖2所示［4］；系統軟件搭建主要完成軟件配置及用例編制工作，其中上位機軟件完成控制單元引腳軟件配置與物理連接的映射關系，即軟件設置完成控制單元引腳的定義（測試用例中的動作庫引用）要與控制實際的電氣連接關系一致。自動化測試用例采用標準的動作庫封裝而成，測試用例設計簡便高效。本系統采用的故障注入測試模塊采用柔性測試板卡，通用化程度高，能夠模擬各類電氣故障，包括短路到搭鐵、短路到電源、斷路或開路、總線短接到搭鐵、總線短接到電源、總線錯誤等，硬線接線原理簡單，測試配置靈活。不同項目之間的切換應用只需通過軟件配置即可，通用化程度高。

2.2 自動化測試執行

圖2 自動化系統搭建示意圖

故障碼的類型主要分為功能相關故障碼（排放相關故障碼與非排放相關故障碼）及網絡相關故障碼（報文或信號相關的故障碼），測試流程及方法均類似。以某控制單元的過電壓DTC測試為例進行說明：DTC觸發條件為供電電壓大于16 V，時間超過10 s后，控制單元即記錄故障碼（碼值0xD2 0x10 0x17），故障恢復條件為電壓大約9 V且小于16 V，故障碼自清除條件為100個點火周期內不出現過壓故障。測試用例設計如表2所示。通過標準的測試動作庫將測試用例轉化為自動化測試用例，如圖3所示。

圖3 自動化測試用例

表2 測試用例設計

通過多個項目的實際測試應用，尤其是控制單元均需要經過多輪重復測試時，故障注入的自動化測試相對于人工測試的優勢明顯，其中測試環境無需重新搭建，測試執行工程師無需了解故障測試的控制策略，只需在軟件中調取測試用例自動執行即可，重復性測試效率明顯提升，并且自動化測試具有較高的一致性及故障注入的安全性。

3 結論

乘用車故障碼的設計及定義，對于售后、質保等部門在車輛上市后的維修及故障排查具有重要的指導作用。本文詳細介紹了乘用車電氣控制單元的黑盒故障注入測試的主要內容及自動化測試系統的搭建原理及測試應用，自動化測試系統能夠精確模擬各種電氣故障，并在故障碼的重復性測試、測試的安全性以及測試一致性等方面優勢明顯。

［1］ 穆天宇，劉強，李順智.基于dSPACE的故障注入系統在汽車電子集成測試中的應用［J］.汽車實用技術，2016（3）:152-155.

［2］ 尚世亮，王雷雷，趙向東.基于ISO26262的車輛電子電氣系統故障注入測試方法［J］.汽車技術，2015（12）:49-51.

［3］ ISO 14229-1，Road vehicles- Unified diagnostic services（UDS） – Part1: Specification and requirements，Annex D （normative） Stored data transmission functional unit data-parameter definitions［S］.

［4］劉衛東，王愛春，燕東，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）:49-53.