劉超,楊春偉,崔海峰,孔葦光,吳君
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基于dSPACE的ESP HIL臺(tái)架及SYNECT自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用
劉超,楊春偉,崔海峰,孔葦光,吳君
(泛亞汽車技術(shù)中心有限公司,上海 200129)
文章介紹了ESP HIL濕式臺(tái)架和自動(dòng)化測(cè)試管理系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用。臺(tái)架由dSPACE測(cè)控系統(tǒng)、ESP系統(tǒng)機(jī)電液零件、車輛動(dòng)力學(xué)模型和系統(tǒng)仿真模型等構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)了ESP系統(tǒng)開閉環(huán)測(cè)試;自動(dòng)化測(cè)試管理系統(tǒng)基于dSPACE SYNECT開發(fā)集成,實(shí)現(xiàn)了測(cè)試腳本創(chuàng)建、測(cè)試過程執(zhí)行和測(cè)試報(bào)告輸出全流程自動(dòng)化。以ESP附加功能中的坡起輔助(HSA)功能測(cè)試實(shí)例介紹了自動(dòng)化測(cè)試的應(yīng)用,有力支持了ESP系統(tǒng)開發(fā)驗(yàn)證,顯著提高測(cè)試效率和覆蓋率,保證測(cè)試的精確追溯性,是一套有效的技術(shù)解決方案,具有較好的行業(yè)推廣性。
ESP;HIL;SYNECT;自動(dòng)化測(cè)試和管理
伴隨汽車電控技術(shù)的高速發(fā)展,尤其是智能駕駛技術(shù)的出現(xiàn),其系統(tǒng)的復(fù)雜度急劇提升。電控化產(chǎn)品封裝了嵌入式軟件,同周邊系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行大數(shù)據(jù)量通訊,執(zhí)行日益繁多的系統(tǒng)功能,需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控診斷。其代碼量大、軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多任務(wù),無不加劇了開發(fā)和驗(yàn)證的難度,從而對(duì)以傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)為對(duì)象的產(chǎn)品開發(fā)和驗(yàn)證體系提出了新的挑戰(zhàn)。硬件在環(huán)(HIL)開發(fā)測(cè)試系統(tǒng)作為一種新型的開發(fā)測(cè)試手段,其精度高且能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試的優(yōu)點(diǎn),對(duì)產(chǎn)品性能和品質(zhì)的提高具有極大的促進(jìn)作用。目前,HIL測(cè)試系統(tǒng)在國外電控系統(tǒng)的開發(fā)測(cè)試中應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛,在國內(nèi)典型應(yīng)用在車身控制儀表類電控模塊的開發(fā)測(cè)試中,文獻(xiàn)[1]進(jìn)行了應(yīng)用介紹。在底盤電控模塊的開發(fā)測(cè)試中,HIL系統(tǒng)測(cè)試還較少應(yīng)用,部分整車企業(yè)和學(xué)校開展了一些關(guān)于防抱死制動(dòng)模塊HIL測(cè)試平臺(tái)搭建的研究[2,3,4,5]。本文闡述了一種機(jī)電液集成模塊化設(shè)計(jì)的濕式ESP(電子穩(wěn)定)系統(tǒng)HIL臺(tái)架構(gòu)建和模型集成方案,并結(jié)合SYNECT自動(dòng)化測(cè)試管理系統(tǒng)對(duì)ESP輔助坡起功能自動(dòng)化測(cè)試進(jìn)行應(yīng)用介紹。
ESP HIL測(cè)試構(gòu)建方案有多種方案[2,3,4,5],實(shí)時(shí)仿真硬件經(jīng)歷了從早期PC機(jī),到選擇專業(yè)HIL實(shí)時(shí)硬件和配套軟件(比如NI,dSPACE等)的演變過程;從ESP系統(tǒng)集成分為只集成ESP控制模塊的干式HIL測(cè)試系統(tǒng)和集成ESP液壓系統(tǒng)的濕式HIL測(cè)試系統(tǒng)。本文所介紹的一種基于dSPACE的濕式ESP HIL測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建,正是滿足主機(jī)廠使用目的而打造的一套機(jī)電液集成模塊化設(shè)計(jì)的HIL測(cè)試系統(tǒng)。
該套ESP HIL測(cè)試系統(tǒng)由HIL實(shí)時(shí)仿真器,駕駛員踏板模擬系統(tǒng),機(jī)電液一體化濕式機(jī)柜,仿真模型,上位機(jī)5個(gè)部分組成。dSPACE HIL實(shí)時(shí)仿真器主要包括核心處理器,仿真與采集板卡、電源組成;駕駛員踏板模擬系統(tǒng)主要通過一個(gè)高速線性電機(jī)推動(dòng)真實(shí)制動(dòng)踏板,模擬駕駛員的制動(dòng)踏板命令;濕式機(jī)柜包含真實(shí)制動(dòng)控制模塊、液壓管路、踏板模擬器和執(zhí)行器;制動(dòng)控制系統(tǒng)仿真模型是整個(gè)HIL測(cè)試系統(tǒng)的核心部分。

圖1 ESP濕式HIL臺(tái)架構(gòu)建圖
為制動(dòng)控制系統(tǒng)正常工作提供虛擬實(shí)車環(huán)境;車輛模型是CarSim車輛動(dòng)力學(xué)軟件;上位機(jī)由dSPACE公司工具鏈軟件平臺(tái)構(gòu)成。汽車制動(dòng)控制HIL自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是把真實(shí)的制動(dòng)控制模塊和液壓回路放置在一個(gè)虛擬整車的環(huán)境中,通過實(shí)時(shí)仿真接口RTI和I/O板卡、通信板卡和傳感器仿真板卡與運(yùn)行在DS1006多核處理器板卡中的車輛動(dòng)力學(xué)模型鏈接在一起,再輔助以各種上位機(jī)軟件,構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)電液HIL自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)真實(shí)模塊和系統(tǒng)在虛擬車輛及環(huán)境中的閉環(huán)仿真。下圖為HIL測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)框圖。
實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)利用dSPACE實(shí)時(shí)仿真器提供制動(dòng)控制系統(tǒng)所需的各種硬件信號(hào)和軟件信號(hào)。該套系統(tǒng)可以模擬4個(gè)全類型輪速脈沖信號(hào),提供制動(dòng)控制模塊電源和總線信號(hào)。同時(shí)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能,實(shí)時(shí)采集來至制動(dòng)系統(tǒng)的6個(gè)壓力信號(hào),踏板力和踏板位移信號(hào)。
駕駛員踏板模擬系統(tǒng)是利用一個(gè)高速線性電機(jī),模擬駕駛員制動(dòng)動(dòng)作,進(jìn)行制動(dòng)踏板力或者踏板位移控制。在線性電機(jī)和制動(dòng)踏板之間串接了力傳感器監(jiān)控模擬駕駛員踏板力,從線性電機(jī)同時(shí)可以監(jiān)控到制動(dòng)踏板位移信號(hào)。
真實(shí)制動(dòng)系統(tǒng)濕式柜由實(shí)際車輛全套制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成,包含制動(dòng)踏板,助力器,制動(dòng)主缸,制動(dòng)液壺,制動(dòng)控制系統(tǒng),前后輪制動(dòng)盤及輪缸,前后輪制動(dòng)盤,及制動(dòng)管路。整套制動(dòng)系統(tǒng)里充滿了制動(dòng)液,和真實(shí)車輛制動(dòng)系統(tǒng)保持一致。為了監(jiān)控制動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力,分別在4個(gè)輪缸和2個(gè)主缸中接入壓力傳感器。
ESP濕式HIL測(cè)試臺(tái)架實(shí)物,如下圖所示。通過定義統(tǒng)一接口和設(shè)計(jì)不同項(xiàng)目平臺(tái)的模塊化濕式柜,采用“樂高”組合概念,實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)多項(xiàng)目跨平臺(tái)測(cè)試的切換,滿足企業(yè)多平臺(tái)產(chǎn)品開發(fā)測(cè)試的需求。

圖2 模塊化制動(dòng)系統(tǒng)HIL測(cè)試臺(tái)架實(shí)物
HIL模型,主要包括車輛動(dòng)力學(xué)模型,程控電源模型,機(jī)柜控制模型和總線通訊模型。該模型利用MATLAB/ SIMULINK進(jìn)行集成和編譯,并下載到dSPACE實(shí)時(shí)模擬器中進(jìn)行毫秒級(jí)的實(shí)時(shí)運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)真實(shí)制動(dòng)系統(tǒng)和虛擬模型在環(huán)測(cè)試驗(yàn)證。
通過駕駛員踏板模擬系統(tǒng),可以把制動(dòng)命令轉(zhuǎn)換為制動(dòng)踏板行為,在真實(shí)的制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生一定制動(dòng)壓力。實(shí)時(shí)模擬器同步采集真實(shí)制動(dòng)系統(tǒng)中4個(gè)輪缸和2個(gè)主缸上的制動(dòng)壓力,輸入到車輛動(dòng)力學(xué)模型中的制動(dòng)模型,并匹配特定高附或者低附路面,產(chǎn)生車輛的制動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)模型車輛的速度和減速度變化。通過實(shí)時(shí)模擬器上的輪速模擬器板塊實(shí)時(shí)仿真出對(duì)應(yīng)的車輛速度變化脈沖信號(hào)并傳遞給ESP系統(tǒng)。ESP系統(tǒng)通過控制算法實(shí)現(xiàn)特定ESP,ABS,TCS等功能。在此基礎(chǔ)上也可實(shí)現(xiàn)對(duì)ESP擴(kuò)展功能HSA, EPB,ACC,AEB等的相關(guān)HIL仿真測(cè)試。ESP濕式HIL測(cè)試臺(tái)架仿真模型如下圖所示。

圖3 仿真模型框圖
上位機(jī)中包含由dSPACE公司開發(fā)的工具鏈搭配CarSim車輛動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)成完整的軟件系統(tǒng)。
1)Control Desk 基于標(biāo)準(zhǔn)模板,按項(xiàng)目測(cè)試需求增減控件,進(jìn)行模型信號(hào)與控件關(guān)聯(lián),搭建靈活的人機(jī)交互控制界面,如下圖所示。

圖4 Control Desk 界面
2)Automation Desk 圖形化的編程語言,可以直接拖拽,操作簡單方便,采用定制化的測(cè)試框架,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試腳本的創(chuàng)建更容易,模型界面如下圖所示。

圖5 Automation Desk 界面
3)CarSim 車輛動(dòng)力學(xué)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)的配置,測(cè)試工況和道路的設(shè)定及三維動(dòng)畫顯示,操作界面如下圖所示。

圖6 CarSim 界面
Control Desk 直觀地監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境,如下圖所示。需要注意的是,所有軟件必須加載Matlab/Simulink編譯模型生成的同一.sdf文件才能下載到dSPACE實(shí)時(shí)硬件中去運(yùn)行。
整個(gè)HIL測(cè)試系統(tǒng)搭建完成后,需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,保證測(cè)試準(zhǔn)確性,避免由于測(cè)試設(shè)備問題導(dǎo)致測(cè)試錯(cuò)誤。具體調(diào)試包括激勵(lì)、開環(huán)和閉環(huán)調(diào)試。激勵(lì)調(diào)試只需要確認(rèn)機(jī)柜通道為導(dǎo)通且無串線即可;開環(huán)調(diào)試需要確認(rèn)輸出隨輸入的變化而響應(yīng);閉環(huán)調(diào)試是在開環(huán)的基礎(chǔ)上加入模型控制,實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)和整車電氣網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的閉環(huán),達(dá)到精確仿真的目的,同時(shí)利用線性電機(jī)推動(dòng)制動(dòng)踏板作用,實(shí)現(xiàn)機(jī)械液壓系統(tǒng)的閉環(huán)工作。閉環(huán)調(diào)試通過后,就可以進(jìn)行ESP系統(tǒng)的開發(fā)與自動(dòng)化測(cè)試工作。整個(gè)HIL測(cè)試中ESP系統(tǒng)使用實(shí)際的零件并包含完整的液壓系統(tǒng)環(huán)境,既可以支持ESP系統(tǒng)的靜態(tài)診斷測(cè)試和功能邏輯測(cè)試,未來可以進(jìn)一步拓展性能的標(biāo)定測(cè)試。在開展自動(dòng)化測(cè)試過程中,HIL臺(tái)架的使用率會(huì)更高,涵蓋的測(cè)試范圍更廣,測(cè)試的效果和實(shí)車更接近。

圖7 ESP HIL試驗(yàn)監(jiān)控界面
自動(dòng)化測(cè)的試優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行速度快,結(jié)果反饋迅速,但開發(fā)和維護(hù)自動(dòng)化測(cè)試案例及腳本需要投入更多的人力物力,才能確保HIL測(cè)試的自動(dòng)化執(zhí)行和高的測(cè)試覆蓋率。
為了更好管理測(cè)試案例、測(cè)試過程以及測(cè)試結(jié)果,泛亞在國內(nèi)率先引入最新的dSPACE工具軟件SYNECT,并集成特定測(cè)試要求,自主開發(fā)匹配軟件,實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程管理,試驗(yàn)執(zhí)行,數(shù)據(jù)交換,后臺(tái)模型和HIL設(shè)備的無縫關(guān)聯(lián)。

圖8 SYNECT測(cè)試管理界面

圖9 自動(dòng)化測(cè)試管理流程
整個(gè)HIL平臺(tái)搭建調(diào)試好后,在支持制動(dòng)控制系統(tǒng)手動(dòng)測(cè)試同時(shí),也可支持自動(dòng)化測(cè)試,節(jié)省大量的測(cè)試時(shí)間和提升測(cè)試質(zhì)量,使開發(fā)者把主要工作放在精細(xì)模型、優(yōu)化測(cè)試用例和結(jié)果分析上面。結(jié)合企業(yè)自身業(yè)務(wù)特點(diǎn),泛亞自主開發(fā)了自動(dòng)化測(cè)試業(yè)務(wù)流程,如下圖所示。首先根據(jù)測(cè)試需求編寫測(cè)試用例,然后根據(jù)測(cè)試用例搭建測(cè)試序列,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行,最后是測(cè)試結(jié)果分析與報(bào)告管理。下面將以制動(dòng)控制系統(tǒng)HIL自動(dòng)化測(cè)試為例,完整介紹整個(gè)自動(dòng)化測(cè)試流程。
2.2.1自動(dòng)化測(cè)試案例生成
通過開發(fā)基礎(chǔ)的測(cè)試框架和腳本,實(shí)現(xiàn)底層測(cè)試代碼的自動(dòng)生成,使測(cè)試開發(fā)人員可以專注于應(yīng)用層測(cè)試案例的開發(fā)。通過自主開發(fā)的配套軟件,實(shí)現(xiàn)開發(fā)者用自然語言的方式定義測(cè)試腳本,提升了測(cè)試案例定義的效率和準(zhǔn)確性。相關(guān)測(cè)試案例開發(fā)界面如下:

圖10 自動(dòng)化測(cè)試案例
2.2.2自動(dòng)化測(cè)試案例執(zhí)行
自動(dòng)化測(cè)試最大的優(yōu)點(diǎn)就是執(zhí)行速度快效率高,可以幾倍甚或數(shù)十倍的減少測(cè)試時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)壓縮項(xiàng)目開發(fā)周期。該套自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)模型,可以實(shí)現(xiàn)ESP靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的自動(dòng)化聯(lián)合測(cè)試。下圖展示的ESP動(dòng)態(tài)測(cè)試自動(dòng)化執(zhí)行情況。

圖11 自動(dòng)化測(cè)試案例執(zhí)行
2.2.3自動(dòng)化測(cè)試結(jié)果生成

圖12 自動(dòng)化測(cè)試結(jié)果
測(cè)試結(jié)果由自動(dòng)化測(cè)試工具自動(dòng)判斷給出測(cè)試結(jié)果并快速生成報(bào)告。該報(bào)告的結(jié)果和版本在管理系統(tǒng)中進(jìn)行跟蹤和審批。無論對(duì)于原始數(shù)據(jù)的管理,結(jié)果的評(píng)判和報(bào)告的發(fā)布,自動(dòng)化管理系統(tǒng)可以做到一鍵輸出,極大提升了對(duì)結(jié)果分析處理的效率。下圖展示的自動(dòng)化測(cè)試結(jié)果界面。
對(duì)于制動(dòng)控制系統(tǒng)ABS、ESP等性能HIL仿真測(cè)試有很多文章進(jìn)行過論述和介紹,本文主要針對(duì)ESP標(biāo)準(zhǔn)坡起輔助功能HSA HIL自動(dòng)化測(cè)試進(jìn)行應(yīng)用介紹。
1)測(cè)試需求測(cè)試坡道起步輔助功能能否在坡道上保持車輛不溜坡。
2)坡起輔助功能包含:自動(dòng)擋和手動(dòng)檔車輛測(cè)試,前進(jìn)擋車頭向上和倒車檔車頭向下測(cè)試;在這里我們以自動(dòng)擋車輛車頭向上的測(cè)試為例描述待測(cè)試工況。
3)測(cè)試用例描述使車輛駛?cè)肽繕?biāo)道路:上坡路面,長度5 00m,寬3.5m,附著系數(shù)為0.93;駕駛車輛車頭向上D檔行駛到坡道上,踩剎車踏板駐車;開始采集;松剎車踏板,使車輛駐停在目標(biāo)道路上,超時(shí)后車輛開始后溜。如表1所示:
表1 不同坡度坡起輔助駐車測(cè)試參數(shù)

創(chuàng)建定制化的測(cè)試框架,好處是將測(cè)試用例中語言的描敘圖形化。
創(chuàng)建基本指令庫對(duì)一些基本操作(如:上下電、踩油門、踩制動(dòng)踏板等)進(jìn)行建庫,方便測(cè)試創(chuàng)建測(cè)試腳本。
基于創(chuàng)建好的測(cè)試框架和指令庫,自動(dòng)化的測(cè)試腳本步驟就很容易通過查找使用基本指令庫來實(shí)現(xiàn)。
測(cè)試執(zhí)行可以逐個(gè)執(zhí)行測(cè)試腳本,也可以批量執(zhí)行。
根據(jù)測(cè)試需求創(chuàng)建不同坡度的坡道進(jìn)行組合測(cè)試,如圖13所示是在Carsim中創(chuàng)建的15%的坡道。

圖13 HAS功能自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行
測(cè)試結(jié)果分析自動(dòng)生成測(cè)試結(jié)果和詳細(xì)報(bào)告,并對(duì)重要的變量曲線進(jìn)行繪圖,幫助分析。
由圖14可以看出,車輛在15%的坡道駐坡的情況下,松開剎車,制動(dòng)系統(tǒng)開始保壓,超出設(shè)定2S時(shí)間后在0.5s時(shí)間完成泄壓退出;根據(jù)主缸和輪缸的壓力曲線,壓力持續(xù)的時(shí)間來驗(yàn)證坡道起步功能邏輯的完整性和正確性,有效的幫助制動(dòng)控制系統(tǒng)的功能的開發(fā)和驗(yàn)證。
和實(shí)車測(cè)試相比,HIL臺(tái)架在坡起輔助功能的測(cè)試上費(fèi)用低時(shí)間短測(cè)試覆蓋率高。主要體現(xiàn)在不需要協(xié)調(diào)使用實(shí)際車輛和和試驗(yàn)場(chǎng)地的,虛擬的測(cè)試坡道容易建立覆蓋所有要求的坡度,極大提升了HSA功能的驗(yàn)證效率和質(zhì)量,以及開發(fā)成本。

圖14 坡起輔助功能測(cè)試曲線
綜上所述,通過自主開發(fā)機(jī)電液集成模塊化設(shè)計(jì)的HIL自動(dòng)化測(cè)試臺(tái)架及自動(dòng)化管理系統(tǒng),并用于ESP功能測(cè)試、通信測(cè)試、故障診斷測(cè)試及預(yù)標(biāo)定測(cè)試,支持整車開發(fā)中ESP控制模塊的開發(fā)驗(yàn)證和測(cè)試管理。并以HSA功能測(cè)試為例,詳細(xì)介紹了ESP系統(tǒng)HIL自動(dòng)化測(cè)試流程及應(yīng)用,展現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)試的優(yōu)勢(shì),在產(chǎn)品開發(fā)早期進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試,模擬各種復(fù)雜極限工況,提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行預(yù)防,實(shí)現(xiàn)了壓縮開發(fā)周期,減少實(shí)車驗(yàn)證數(shù)量,降低開發(fā)成本和提升測(cè)試人員安全保障,是ESP系統(tǒng)快速開發(fā)驗(yàn)證的有效途徑。自動(dòng)化的測(cè)試管理系統(tǒng),覆蓋產(chǎn)品開發(fā)全流程,從案例建立、計(jì)劃制定、驗(yàn)證執(zhí)行、結(jié)果評(píng)估和過程追溯等全過程的自動(dòng)化和數(shù)字化,達(dá)到國際先進(jìn)水平,相關(guān)的思想和方法,以及工具鏈運(yùn)用,具有較好的行業(yè)推廣性。
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Liu Chao, Yang Chunwei, Cui Haifeng, Kong Weiguang, Wu Jun
(Pan Asia Technical Automotive Center Co., Ltd., Shanghai 200129 )
This paper introduces ESP HIL wet bench and automatic test management system. The bench is composed of dSPACE measurement and control system, electro-hydraulic parts of ESP system, vehicle dynamics model and system simulation model, which realizes the open and closed loop test of ESP system. The automated test management system is based on the development and integration of dSPACE SYNECT, which realizes the automation and test management of test script generation, test implementation and result output. The application of the system is demonstrated with an example of hill start assistant (HSA) function test in ESP additional function. It strongly support ESP system development and test. It is a very effective technical solution, which can improve test efficiency and coverage, ensure the accurate traceability and good promotion.
ESP; HIL; SYNECT; automatic test and management
U463
A
1671-7988(2019)05-79-05
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劉超,本科,就職于泛亞汽車技術(shù)中心有限公司,工程師。
10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.023