基于硬件在環(huán)的EPB功能邏輯測試

史雪純，王 瑋，溫 敏，唐程光

（江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)汽車安全性的要求與日俱增，而優(yōu)異的制動(dòng)性能以及一體化的底盤綜合控制技術(shù)是現(xiàn)代汽車安全性的重要標(biāo)志［1］。電子駐車制動(dòng)控制系統(tǒng)以電子控制器和電機(jī)取代了傳統(tǒng)制動(dòng)裝置所使用的拉索及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)［2］，該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了車輛的駐車功能，同時(shí)還增加了一系列的自動(dòng)控制功能，有效提升了客戶使用舒適度。但針對(duì)該電子控制系統(tǒng)的功能測試也提出了新的要求。

傳統(tǒng)實(shí)車搭載驗(yàn)證的方式，其測試與整改周期長、場地環(huán)境要求高、人員安全風(fēng)險(xiǎn)大等缺點(diǎn)逐漸難以適應(yīng)汽車廠家不斷壓縮的研發(fā)周期和預(yù)算，而近年來HIL測試技術(shù)的發(fā)展為各類控制器系統(tǒng)的測試提供了有效支撐，也是V字開發(fā)流程中重要的一環(huán)。本文基于HIL仿真測試系統(tǒng)，為EPB的功能策略提供了新的驗(yàn)證方法。

1 EPB系統(tǒng)原理

1.1 系統(tǒng)原理

EPB電子駐車系統(tǒng)主要分為兩種類型，拉索式和集成式EPB，集成式EPB又分為獨(dú)立ECU式EPB與集成ECU式EPB（也叫做EPBi），兩者的區(qū)別在于EPB的控制器是否與ESC控制器進(jìn)行集成，目前市場上主流的應(yīng)用方式為EPBi［3］。本文涉及到的測試對(duì)象也是所述的EPBi控制系統(tǒng)。

EPBi控制系統(tǒng)，其EPB控制器集成于ESC控制器中，省去了一個(gè)控制器，成本得以下降，同時(shí)集成度提高后使得兩個(gè)控制器間的交互更加快速與高效，聯(lián)動(dòng)功能更豐富、可靠性更高?？刂破饔布想m達(dá)到了集成的效果，但EPB與ESC軟件的開發(fā)及外圍硬件負(fù)載設(shè)計(jì)還是由不同的公司進(jìn)行開發(fā)。圖1主要描述了EPBi的系統(tǒng)原理。

圖1 集成式EPB系統(tǒng)原理

1.2 EPB功能策略

EPB除了具備常規(guī)駐車功能外，還可以提供動(dòng)態(tài)制動(dòng)、自動(dòng)駐車/釋放、溜坡再夾等功能，這些功能極大地提高了駕駛的舒適性和安全性［3］。功能項(xiàng)均具有其前置條件和觸發(fā)條件，只在前置條件滿足的狀態(tài)下方可以進(jìn)行測試，具體介紹詳見表1。

2 HIL測試系統(tǒng)

2.1 HIL測試架構(gòu)

硬件在環(huán)測試系統(tǒng)是以實(shí)時(shí)處理器運(yùn)行仿真模型來模擬受控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，通過I/O接口與被測的ECU連接，對(duì)被測ECU進(jìn)行全面、系統(tǒng)的測試［4］。本文所述的測試臺(tái)架是基于dspace公司的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，主要由上位機(jī)、實(shí)時(shí)處理器、I/O板卡及運(yùn)動(dòng)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)組成，如圖2所示。

圖2 HIL測試架構(gòu)圖

其中上位機(jī)主要負(fù)責(zé)運(yùn)行dspace相關(guān)的工具鏈軟件，主要包括測試交互軟件controldesk、I/O配置軟件configurationdesk、模型參數(shù)化軟件modeldesk，以及將仿真模型下載至實(shí)時(shí)處理器等功能；實(shí)時(shí)處理器主要運(yùn)行車輛動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)I/O板卡間的通信實(shí)時(shí)仿真車輛狀態(tài)；I/O板卡主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)處理器與ECU之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與通信，一方面將控制器或執(zhí)行器輸出的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯值輸入至車輛動(dòng)力學(xué)模型，另一方面也將車輛動(dòng)力學(xué)輸出的邏輯值轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)輸入至ECU控制器；運(yùn)動(dòng)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的作用為坡度、加速度、橫擺角速度的模擬，通過3組電機(jī)分別控制ESC控制器的橫向、縱向側(cè)傾角與垂向旋轉(zhuǎn)速度，對(duì)集成于ESC控制器內(nèi)部的加速度及橫擺加速度傳感器施加作用，從而模擬出縱向加速度、橫向加速度以及橫擺角速度［5］。

2.2 仿真模型

仿真模型主要由車輛仿真模型和I/O接口模型組成，車輛仿真模型主要負(fù)責(zé)虛擬車輛動(dòng)力學(xué)性能的實(shí)時(shí)計(jì)算，I/O接口模型主要提供仿真模型與控制器之間的實(shí)時(shí)交互信息。

車輛仿真模型為dspace商業(yè)ASM（Automotive Simulation Models）模型，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系模型、動(dòng)力學(xué)模型等。為實(shí)現(xiàn)更好的仿真效果，需要對(duì)車輛關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行整理，見表2。并通過modeldesk軟件固化至ASM模型中，編譯后完成仿真模型的標(biāo)定。

表2 車輛主要參數(shù)

I/O接口模型主要由傳感器、執(zhí)行器、CAN總線仿真模塊等組成。傳感器模塊可根據(jù)各自的電氣特性，在Simulink模型中搭建接口模型，機(jī)柜根據(jù)車輛動(dòng)態(tài)模型計(jì)算的傳感器參數(shù)，仿真發(fā)送至控制器；執(zhí)行器模塊通過機(jī)柜采集回來的控制器輸出信號(hào)，經(jīng)過解析后再提供至車輛動(dòng)態(tài)模型，形成閉環(huán)模型控制系統(tǒng)，見圖3。

圖3 I/O接口模型

CAN總線仿真模塊，利用RTIcan板卡實(shí)現(xiàn)信號(hào)仿真的功能。其根據(jù)測試節(jié)點(diǎn)的CAN信號(hào)收發(fā)定義，將該測試節(jié)點(diǎn)需要接收的其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行虛擬仿真；同時(shí)，RTIcan板卡接收測試節(jié)點(diǎn)的CAN報(bào)文，并用于交互界面的顯示及模型調(diào)試。RTIcan模型見圖4。

圖4 RTIcan接口模型

3 測試結(jié)果

根據(jù)上表的功能策略制定相應(yīng)的測試方案，分別對(duì)各項(xiàng)功能策略進(jìn)行HIL測試驗(yàn)證，結(jié)果如下。

1）手動(dòng)駐車/釋放策略驗(yàn)證（圖5）：初始條件為IGN ON，車速為0km/h，EPB顯示狀態(tài)為2（Released），滿足駐車釋放條件，第3s EPB開關(guān)拉起，狀態(tài)由0（NO request）→2（Apply request），EPB狀態(tài)由2（Released）→4（Applying）→1（ParkApplied），夾緊過程結(jié)束。10s后為釋放策略驗(yàn)證，此時(shí)制動(dòng)為踩下狀態(tài)，主缸壓力約為25bar，初始條件滿足。11s左右EPB開關(guān)按下，狀態(tài)由0（NO request）→1（Release request），EPB狀態(tài)由1（ParkApplied）→5（Releasing）→2（Released），釋放過程結(jié)束。手動(dòng)駐車/釋放策略滿足功能邏輯需求。

圖5 手動(dòng)駐車/釋放策略

2）熄火自動(dòng)駐車策略驗(yàn)證（圖6）：初始車速為0km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，EPB處于釋放狀態(tài)，滿足要求。7s時(shí)點(diǎn)火開關(guān)狀態(tài)由3（IGN ON）→-1（IGN OFF），此時(shí)EPB狀態(tài)由2（Released）→4（Applying）→1（ParkApplied），完成自動(dòng)駐車過程。熄火自動(dòng)駐車策略滿足功能邏輯需求。

圖6 熄火自動(dòng)駐車策略

3）解安全帶自動(dòng)駐車策略驗(yàn)證（圖7）：初始車速為50km/h，此時(shí)踩下制動(dòng)踏板車輛減速至0km/h，Autohold功能激活（功能開關(guān)已提前打開），第15s時(shí)初始狀態(tài)滿足要求。22s時(shí)解開主駕安全帶，其狀態(tài)由1（belted）→0（unbelted），此時(shí)EPB狀態(tài)由2（Released）→4（Applying）→1（ParkApplied），自動(dòng)駐車過程完成后，Autohold功能退出。解安全帶自動(dòng)駐車策略滿足功能邏輯需求。

圖7 解安全帶自動(dòng)駐車策略

4）自動(dòng)釋放策略驗(yàn)證（圖8）：初始車速為0km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，EPB為夾緊狀態(tài)，主駕安全帶已系上，擋位為D擋，初始狀態(tài)滿足要求。第8s時(shí)踩下油門踏板，EPB狀態(tài)由1（ParkApplied）→5（Releasing）→2（Released），EPB自動(dòng)釋放車輛行駛。自動(dòng)釋放策略滿足功能邏輯需求。

圖8 自動(dòng)釋放策略

5）ECD請(qǐng)求駐車策略驗(yàn)證（圖9）：初始狀態(tài)為車速45km/h，EPB為釋放狀態(tài)，滿足要求。第8s時(shí)拉起EPB開關(guān)，EPB狀態(tài)由2（Released）→6（dynamicBraking），11s時(shí)車輛完全停止，EPB開始夾緊動(dòng)作并在12s時(shí)完成夾緊動(dòng)作，最終狀態(tài)變?yōu)?（ParkApplied），車輛完成減速至停止并駐車。ECD請(qǐng)求駐車策略滿足功能邏輯需求。

圖9 ECD請(qǐng)求駐車策略

6）溜坡再夾緊策略驗(yàn)證（圖10）：初始條件EPB狀態(tài)為駐車，第9s時(shí)對(duì)輪速傳感器施加固定的輪速脈沖信號(hào)，可以看出若干個(gè)輪速脈沖信號(hào)后，EPB執(zhí)行再夾緊動(dòng)作，EPB卡鉗夾緊力由初始狀態(tài)的平均4900N增加為5300N。溜坡再夾緊策略滿足功能邏輯需求。

圖10 溜坡再夾緊策略

7）坡道自適應(yīng)夾緊策略驗(yàn)證（圖11）：坡度為0的情況下，5s時(shí)請(qǐng)求EPB夾緊，此時(shí)EPB卡鉗平均夾緊力約為5000N；20s時(shí)釋放EPB并將坡度逐步加載為8%，26s時(shí)再次請(qǐng)求EPB夾緊，此時(shí)EPB卡鉗平均夾緊力約為5500N，大于沒有坡度時(shí)的夾緊力。坡道自適應(yīng)夾緊策略滿足功能邏輯需求。

圖11 坡道自適應(yīng)夾緊策略

4 結(jié)論

1）本文對(duì)電子駐車系統(tǒng)的原理與策略進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并根據(jù)其邏輯策略定義測試方案并完成驗(yàn)證。

2）綜合以上，電子駐車系統(tǒng)的功能邏輯可以通過HIL測試的手段進(jìn)行驗(yàn)證，相對(duì)實(shí)車驗(yàn)證具有效率高、開發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，邏輯功能驗(yàn)證上可替代實(shí)車驗(yàn)證。

3）本文僅驗(yàn)證了初始條件滿足狀態(tài)下的EPB功能邏輯實(shí)現(xiàn)，缺少條件不滿足狀態(tài)下的逆向驗(yàn)證，作為下一步提升的方向，該方法可驗(yàn)證程序是否存在漏洞，并擴(kuò)展測試覆蓋度。