電動汽車線控制動系統硬件在環測試方法研究

黃 禮，黃祖朋，鐘日敏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

前言

隨著環保理念逐漸深入人心，電動汽車已成為全球汽車生產企業的重要發展方向。線控制動系統作為電動汽車的核心部件，涉及制動、能量回收、自適應巡航和自動緊急剎車等多項功能，對整車的經濟性、舒適性及安全性有著緊密的聯系，因此必須在車輛研發階段對其進行充分的測試。硬件在環測試系統，通過仿真模擬與線控制動系統相關聯的零件并與線控制動系統進行信息交互，可以實現對線控制動系統全場景、全功能的自動化快速測試，及時發現軟件的缺陷，減少實車驗證時間[1]，確保軟件功能符合設計要求。

1 線控制動系統簡介

傳統燃油車的制動系統由制動踏板、真空助力部件（EVP）和防滑控制部件（ESP、ABS）等組成，沒有制動能量回收功能，如果在電動汽車上使用會浪費掉大量的制動能量。線控制動系統（E-Booster）利用線控制動系統控制器和線控制動系統執行器（主要是伺服電機系統）代替了真空助力部件，將有效地解決傳統制動系統制動能量無法回收的痛點。在駕駛員制動時，線控制動系統控制器依據動力總成的工作狀態和駕駛員的制動需求控制電機實施電制動，電機制動力不足部分通過液壓制動進行補充。制動過程中踏板行程模擬器會將踏板力和輪缸壓力進行解耦，使電機電制動部分的能量得到回收，提升整車的續航能力，還改善了駕駛員制動過程的舒適性。此外，線控制動系統通過其控制器與智能駕駛（ADAS）零件進行交互，可以實現響應智能駕駛部件的制動需求。

電動汽車上與線控制動系統直接關聯的零件有整車控制器（VCU）、電機控制器（MCU）、智能駕駛部件（ADAS）和防滑控制部件（ABS、ESC）等。線控制動系統制動能量回收的工作流程為：線控制動系統采集駕駛員的制動需求并將制動扭矩請求發送給VCU，VCU計算出電機最大電制動能力再發送給線控制動系統控制器，隨后線控制動系統控制器計算出不足部分的制動力并液壓制動進行補充（圖1）。如此，電制動替代了相當大部分的機械制動，減小了機械摩擦能量損失，增加了電機的回收能量，從而增加了整車的行駛里程。

圖1 線控制動系統能量回收示例

2 線控制動系統硬件在環測試

硬件在環測試使用Matlab Simulink建模仿真與線控制動系統進行交互的零件（VCU、MCU和ADAS等），然后在實時仿真系統環境里運行這些模型，通過I/O接口及外部線束與線控制動系統進行連接及交互。如此，測試精度可以根據實際測試情況進行控制，極限工況、故障注入測試也可以進行完全模擬，還可通過編寫自動化測試腳本實現自動化測試。

2.1 系統總體架構

本文提出的線控制動系統硬件在環測試方法主要包括：（1）通過Matlab Simulink進行測試模型的開發；（2）使用Dspace公司的Configuration Desk軟件對與線控制動系統交互的零件的I/O接口進行分配；（3）通過外部線束將線控制動系統控制器與實時仿真系統進行連接，并對測試模型進行編譯；（4）將編譯好的測試模型導入Dspace公司的上位機軟件ControlDesk，然后通過上位機控制實時仿真系統，實現被控部件與線控制動系統的交互測試（圖2）[2]。

圖2 硬件在環測試系統總體架構

2.1.1 測試模型的搭建

線控制動系統硬件在環測試模型分為四大模塊進行搭建，分別是Simulator、E-booster、BusSystems和MDL。Simulator模型搭建主要是用于控制和監控實時仿真機柜的狀態，例如機柜的電源電壓、電流的上下限值、下電狀態釋放、電源輸出指令、機柜電壓采集、機柜電流采集和電源狀態采集等狀態；Booster模塊是用于硬件接口模型的搭建，該模塊將實現實時仿真系統和線控制動系統交互硬件引腳屬性的配置；BusSystems是模型搭建的核心模塊，定義和配置線控制動系統接收CAN報文信號的屬性。MDL也是模型搭建的核心模塊，為整車被控對象仿真模塊，針對線控制動系統的被控對象，需要在此模塊搭建VCU、MCU、ADAS和制動防滑部件的模型。

2.1.2 I/O接口的配置

線控制動系統硬件在環測試通過ConfigurationDesk軟件實現硬件在環測試系統輸入、輸出端口的配置。配置的內容包括：線控制動系統硬件端口配置、實時仿真系統板卡端口配置和模型端口的配置。

（1）線控制動系統硬件端口配置。首先將端口的類型進行分組管理，例如數字類型端口、模擬類型端口及PWM波型端口等，然后定義端口的名稱、描述和設備類型，例如定義輸入輸出、端口編號和端口類型等，定義好這些屬性后將其拖到配置工作區中。

（2）實時仿真系統硬件端口配置。在實時系統已有的硬件資源中選擇與線控制動系統硬件端口相對應端口，將其拖動到配置工作區中，然后配置端口的屬性，端口的編號、描述、電位以及故障注入等屬性，然后根據屬性編號，使用外部線束將線控制動系統控制器與實時仿真系統連接，至此，完成線控制動系統與實時仿真系統的連接。

（3）模型接口的配置，右鍵點擊實時仿真系統硬件端口可生成與之對應模型接口，該接口是測試模型和實時仿真系統交互的橋梁，測試模型通過該接口即可實現對實時仿真系統的控制。

當測試模型和I/O接口配置都完成，使用Configuration Desk軟件對整個工程進行編譯，編譯完成后生成對應的SDF文件。

2.1.3 測試實施

線控制動系統硬件在環測試的實施在ControlDesk軟件中進行，打開ControlDesk軟件（圖3），導入本文2.1.2所述的編譯后測試環境模型SDF文件并運行該模型，通過該軟件向線控制動系統模擬發送控制信息。線控制動系統反饋的信息也可以在ControlDesk軟件顯示。

圖3 硬件在環測試上位機軟件ControlDesk

（1）線控制動系統硬件輸入信號測試：以制動踏板行程量輸入測試為例，在ControlDesk軟件中找到在2.1.2中配置好的制動踏板模型端口，將其拖動到測試界面與相關插件進行關聯，然后通過改變該變量的值控制實時仿真系統模擬輸出一個制動踏板行程給線控制動系統控制器，再觀察線控制動系統的執行結果，即實現了對系統硬件輸入信號測試。

（2）線控制動系統CAN網絡輸入信號測試：以模擬VCU向線控制動系統發送“電機允許最大電制動”CAN報文信號測試為例，找到本文2.1.1搭建的BusSystems模塊VCU“電機允許最大電制動”信號， 將其拖動到測試界面與相關插件進行關聯，然后通過改變該變量的值，控制實時仿真系統輸出“電機允許最大電制動”CAN報文信號給線控制動系統，再觀察線控制動系統的執行結果，即實現了對系統CAN網絡輸入信號測試。

至于線控制動系統的反饋信息，只需在模型中找到需要觀測的變量，將其拖動到測試界面即可觀測該變量的變化情況。對于測試結果處理，可根據VCU測試用例的預測結果，對測試得到的反饋進行分析，結合記錄的CAN信號數據及硬線信號數據，若滿足線控制動系統的控制邏輯，則該測試 予以通過，反之則不通過。

3 結語

隨著汽車向電動化、智能化方向發展，汽車的電子部件會越來越多，測試精度、覆蓋度及測試周期的要求也會越來越高，因此開發硬件在環測試十分必要。本文基于電動汽車線控制動系統論述了其在硬件在環測試中的實現過程，經過實際項目驗證，此方法滿足電動汽車線控制動系統測試精度、測試覆蓋度等測試需求，同時縮短了項目的開發周期，減少實車驗證時間[3]。