CANoe和CAPL語言在整車級故障測試中的應用

周敏　徐嫚　孟鑫　黃祖朋　謝佶宏　邵杰

摘 要：故障測試是零件的重要測試之一，但在整車上故障測試則存在極大的限制。文章基于CANoe及CAPL語言實現的復雜報文發送功能，討論CANoe和CAPL語言在純電動汽車整車級故障測試的應用。

關鍵詞：CANoe CAPL語言 故障測試 純電動汽車

Application of CANoe and CAPL in vehicle-level failure test

Zhou Min Xu Man Meng Xin Huang Zupeng Xie Jihong Shao Jie

Abstract：Failure test is one of the important tests of parts， but there are great limitations in failure test on the whole vehicle. Based on the complex message sending function realized by CANoe and CAPL， this article discusses the application of CANoe and CAPL in the vehicle-level fault testing of electric vehicles.

Key words：CANoe， CAPL， failure test， electric vehicles

1 引言

隨著汽車行業和電子行業的不斷發展，零部件級的功能測試和故障管理測試已經十分成熟[1]。而在整車級測試中，故障測試由于其故障產生的多樣性、破壞性及危險性，在整車上變得難以測試[2]。現今汽車上基于CAN總線開發零部件越來越多，特別是純電動汽車，其電機、電池、電控三大核心零部件的主流的通信方式就是CAN總線。所以利用CANoe強大的CAN總線開發能力，基于CANoe和CAPL語言實現整車級的故障測試成為一種簡單、低成本的方式。

2 整車級故障測試困難點

整車級故障類型大致可以分為2類，一類是硬件故障，一類是兼容性故障。

硬件故障是整車最容易出現的故障，出現硬件故障大多是損害性故障，直接制造故障等于破壞零件。首先整車出現硬件故障時可以是單個零件，也可以多個零件，這就使得測試變的多樣化。如果每種情況都測試，就會損壞大量的零件，同時更換零件也會使用大量時間，這就會產生大量資金成本和時間成本。

兼容性故障是指在某些特殊情況下出現的零件兼容性故障。這種故障出現時，零件自身可能無故障或出現某些輕微不影響零件功能實現的故障，但由于整車是由多個零件構成，零件之間相互關聯，某個或多個零件處理故障時就可能造成其他零件功能受限或完成失效。由于兼容性故障的多樣性、關聯性和未知性，利用直接制造故障的方式去驗證車輛是否存在兼容性問題變得復雜、耗時和高成本。

3 CANoe和CAPL語言整車級故障測試中的應用

CANoe軟件中的仿真模塊是可以實現報文的模擬發送，配合CAPL語言編程，就可實現各種復雜報文的發送，甚至實現網關轉發報文的功能。

在硬件故障測試方面，通過在整車上發送某個零件的故障信號就可以模擬實現該零件的硬件故障，使零件自身和關聯零件進入故障處理流程。再讀取整車報文，觀察整車情況就可分析得出整車處理故障過程是否符合設計要求，是否安全、可靠。通過模擬發送多個故障信號就可以組合單個零件的多個硬件故障或多個零件的硬件故障，從而在整車上全面的測試整車故障處理機制。由于是模擬發送報文，所以只要在測試前充分的了解零件的功能規范，就可以極大的避免零件的損壞，從而減少零件更換成本和更換時間。

對車輛安全影響較大的兼容性故障問題大部分在零件極端情況下出現。在兼容性故障測試中，與硬件故障測試類似，通過在整車上模擬發送大量零件極端狀態信號，不斷組合，就可以快速的發現一些明顯的兼容性問題，至于一些不易發現的兼容性問題則需要發送大量的信號組合去發現。

4 CANoe接入整車的方式及優缺點

使用CANoe模擬發送報文進行整車級故障測試的前提是將CANoe硬件接入整車CAN網絡，目前接入的方式可以分為并聯式和串聯式。

4.1 并聯式接入方式及優缺點

并聯式接入方式就是將CANoe作為車輛的一個CAN節點接入整車CAN網絡。如圖1所示。

使用這種方式接入整車網絡操作簡單，成本極低，且可以同時模擬發送任意數量網絡節點的任意報文。由于診斷需求，車輛的診斷口一般都存在并聯接入整車CAN網絡的接口，使用診斷口將CANoe接入整車CAN網絡就是簡單的方式。

使用并聯式接入時，由于CANoe是作為一個新的節點加入CAN網絡，在模擬發送某個節點的信號時，由于原節點也存在，會存在如下問題：

（1）在整車CAN網絡上存在兩個報文ID一致但信號不一致報文，如圖2所示。

圖2中Tx是通過CANoe模擬發送的報文，Rx是CANoe接收到的報文，即原車的報文。由圖2可以看出，模擬發送的報文是0x29E，Tx的周期是10ms，Rx的周期是100ms。Tx和Rx的ID是一致的，周期符合要求但報文內有一個信號不一致。

（2）無法識別模擬發送的信號，引起其他節點對應處理，如圖3所示。

圖3中，信號1為整車故障信號，存在“指示”和“不指示”兩種狀態，信號2為模擬發送的電池包溫度傳感器異常信號，存在“正常”和“異常”兩種狀態。依據某車型的控制策略，當信號2為“異常”時，信號1應變為“指示”。圖3中，信號2已經由“正常”為“異常”，但信號1依舊為“不指示”。

（3）只有部分關聯節點識別模擬發送的信號，進行對應處理，如圖4所示。

圖4中，信號3是整車故障信號，存在“指示”和“不指示”兩種狀態;信號4為驅動功率限制信號，存在“指示”和“不指示”兩種狀態;信號5曲線為模擬發送的母線電壓狀態信號，存在“過低”和“正常”兩種狀態。依據某車型的控制策略，當信號5為“過低”時，信號3應變為“指示”，信號4應同時變為“指示”。圖4中，信號5已經為“過低”，信號4變為“指示”，但信號3依舊為“不指示”。

4.2 串聯式接入方式及優缺點

串聯接入方式就是將CANoe作為一個網關，串聯入零件與整車網絡之間。如圖5所示。

使用這種方式接入CANoe，要求CANoe的一個通道接收零件的報文，一個通道接收整車報文，通過用CAPL語言編程，實現2個通道之間的報文互相通信。由于CANoe和CAPL語言的功能，測試時CANoe可以將整車的報文完全不變的轉發給零件，而零件發送到整車的報文在經過CANoe轉發時則可以根據需求更改某個報文中特定的信號。

使用串聯式方式接入CANoe的優點是可以在最大程度接近整車實際狀態下更改信號，使測試更加貼合實際情況，避免了部分并聯式接入CANoe方式的缺點，測試結果更準確。但由圖5也可以看出其缺點就是每一個網絡節點都需要串聯一個CANoe，否則無法模擬同時更改并發送不同零件的信號。所以，相對于并聯式接入方式，串聯式接入方式更復雜，成本更高。

5 總結

基于CANoe和CAPL語言實現模擬發送報文用于整車級故障測試是一種簡單、高效和低成本的測試方式。目前只能夠實現部分整車級故障測試，但隨著未來電子技術的發展，使用模擬發送報文測試故障方式因其簡單、高效、成本低等特點，將會隨著各種類似CANoe的設備和類似CAPL的語言的出現實現越來越多的整車級故障測試，擁有更大的應用前景。

基金項目：廣西創新驅動發展專項資金資助項目（桂科AA18242039）;柳州市科學研究與技術開發計劃資助項目（2019AD10202）

參考文獻：

[1]江魯安.新能源汽車維修與故障診斷技術探究[J].內燃機與配件，2020（22）：137-138.

[2]陳成，楊芳.現代汽車故障診斷方法及其應用研究[J].內燃機與配件，2020（22）：165-166.