車(chē)身域控制器通用測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

李治民 林杰 張東波 李俊儒 劉臣園

（中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開(kāi)發(fā)院，長(zhǎng)春 130013）

主題詞：車(chē)身域控制器 硬件在環(huán) 自動(dòng)化測(cè)試

1 前言

隨著汽車(chē)芯片計(jì)算能力的提升，域控制器逐步成為汽車(chē)電子行業(yè)的研究熱點(diǎn)[1]。相比于分布式架構(gòu)，即不同的電子電氣功能放在不同的電控系統(tǒng)上，域控制器更加專(zhuān)注于系統(tǒng)方案和軟件集成控制，有效克服了分布式架構(gòu)中嵌入式軟件和底層驅(qū)動(dòng)交互不一致和冗余的缺點(diǎn)[2-4]。車(chē)身域控制器集成了車(chē)身電子的所有基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)，整合了鑰匙、燈、車(chē)門(mén)、車(chē)窗等電控系統(tǒng)的功能，規(guī)避了控制器之間通訊不一致帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試技術(shù)，又叫半實(shí)物仿真測(cè)試技術(shù)，可完成設(shè)計(jì)初期時(shí)域控制器的錯(cuò)誤和缺陷等驗(yàn)證工作[5]。HIL測(cè)試設(shè)備是一個(gè)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)仿真模型和實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)仿真控制器所需要的輸入輸出信號(hào)[6-7]。硬件在環(huán)測(cè)試技術(shù)無(wú)需真實(shí)車(chē)輛，允許開(kāi)發(fā)和測(cè)試交叉進(jìn)行，有效地減少了車(chē)型開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，節(jié)約了人力和時(shí)間成本[8]。

2 測(cè)試系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本車(chē)身域控制器通用測(cè)試系統(tǒng)基于硬件在環(huán)技術(shù)開(kāi)發(fā)，控制器的輸入、輸出信號(hào)均采用虛擬仿真方案，可完成各種復(fù)雜極端工況下控制器的功能測(cè)試和故障注入測(cè)試。系統(tǒng)在軟件和硬件上配置了豐富的電氣接口，實(shí)現(xiàn)了不同車(chē)型車(chē)身域控制器的快速切換，極大縮短了設(shè)備改造周期。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自動(dòng)化測(cè)試管理系統(tǒng)，可達(dá)到24小時(shí)無(wú)人值守連續(xù)運(yùn)行，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告和日志，節(jié)省人力和時(shí)間成本。

測(cè)試系統(tǒng)總體分為上位機(jī)系統(tǒng)、HIL仿真系統(tǒng)和車(chē)身域控制器測(cè)試裝置等三個(gè)部分。將車(chē)身域控制器接入該測(cè)試系統(tǒng)后，測(cè)試人員通過(guò)操作上位機(jī)系統(tǒng)控制HIL仿真系統(tǒng)模擬車(chē)身域控制器所需要的開(kāi)關(guān)、傳感器、總線(xiàn)等輸入信號(hào)；同時(shí)，HIL仿真系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)身域控制器的輸出信號(hào)以及測(cè)試裝置中仿真負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，如圖1所示。

圖1 通用測(cè)試系統(tǒng)原理

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件和硬件方案設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

上位機(jī)系統(tǒng)包括4個(gè)子系統(tǒng)，分別為虛擬儀表系統(tǒng)、故障注入系統(tǒng)、自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試管理系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。

圖2 自動(dòng)化測(cè)試流程

3.1.1 虛擬儀表系統(tǒng)

虛擬儀表系統(tǒng)是利用NI公司Veristand軟件設(shè)計(jì)的上位機(jī)界面，是車(chē)身域控制器功能測(cè)試的可視化操作界面。通過(guò)操作虛擬儀表界面上的按鍵，可控制HIL仿真系統(tǒng)模擬控制器所需的各種開(kāi)關(guān)、傳感器等輸入信號(hào)，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示HIL仿真系統(tǒng)采集的車(chē)身域控制器的輸出信號(hào)和測(cè)試裝置中仿真負(fù)載的狀態(tài)信號(hào)。

3.1.2 故障注入系統(tǒng)

故障注入系統(tǒng)是車(chē)身域控制器故障注入測(cè)試的可視化操作界面，通過(guò)串口協(xié)議和HIL仿真系統(tǒng)交互，用于制造控制器輸入、輸出信號(hào)短路、過(guò)流、開(kāi)路等電氣故障。配合自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)故障注入功能的自動(dòng)化測(cè)試。

3.1.3 自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)車(chē)身域控制器的邏輯功能和故障注入的自動(dòng)化測(cè)試，主要包括：序列庫(kù)、動(dòng)作庫(kù)、用例庫(kù)和評(píng)價(jià)庫(kù)。

為了提高自動(dòng)化測(cè)試序列的通用性，自動(dòng)化測(cè)試序列和HIL仿真系統(tǒng)中的仿真模型采用映射文件連接，降低了耦合程度。

動(dòng)作庫(kù)采用圖形化語(yǔ)言設(shè)計(jì)，用于編寫(xiě)自動(dòng)化序列中的功能模塊；評(píng)價(jià)庫(kù)內(nèi)嵌Python語(yǔ)言，用于編寫(xiě)復(fù)雜邏輯功能的檢測(cè)腳本；用例庫(kù)用于連接動(dòng)作模塊和評(píng)價(jià)模塊，搭建各種用戶(hù)場(chǎng)景測(cè)試用例；序列庫(kù)用于創(chuàng)建和執(zhí)行自動(dòng)化測(cè)試序列，負(fù)責(zé)傳遞參數(shù)。

3.1.4 測(cè)試管理系統(tǒng)

測(cè)試管理系統(tǒng)用于管理整個(gè)測(cè)試流程，包括：計(jì)劃管理、缺陷管理、報(bào)告管理和序列管理。

用例管理用于傳遞測(cè)試用例參數(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例最大化復(fù)用；計(jì)劃管理用于管理不同車(chē)型的測(cè)試任務(wù)，傳遞自動(dòng)化序列參數(shù)；缺陷管理用于管理不同車(chē)型的測(cè)試問(wèn)題版本，記錄試驗(yàn)問(wèn)題的整個(gè)處理過(guò)程；報(bào)告管理用于管理不同車(chē)型測(cè)試任務(wù)的測(cè)試報(bào)告，避免測(cè)試人員重復(fù)工作。

3.2 HIL仿真系統(tǒng)

HIL仿真系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)處理器、I/O板卡、CAN通訊板卡、LIN通訊板卡、故障注入板卡和信號(hào)調(diào)理板卡，見(jiàn)圖3。

圖3 HIL仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

實(shí)時(shí)處理器中加載MATLAB編寫(xiě)的仿真模型，用于實(shí)時(shí)響應(yīng)上位機(jī)的操作指令以及控制I/O板卡。I/O板卡用于模擬和采集被測(cè)控制器的各種輸入和輸出信號(hào)，包括數(shù)字I/O板卡、模擬I/O板卡等。CAN通訊板卡用于模擬和接收CAN網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)。LIN通訊板卡用于模擬和接收LIN網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)。信號(hào)調(diào)理板卡用于將I/O板卡和被測(cè)控制器之間的電平轉(zhuǎn)換，同時(shí)也起到保護(hù)和隔離作用。故障注入板卡用于仿真控制器輸入、輸出信號(hào)的過(guò)流、短路、開(kāi)路等電氣故障。其中，仿真模型包括：車(chē)輛模型，用于仿真車(chē)輛中傳感器、執(zhí)行器等復(fù)雜時(shí)序邏輯信號(hào)；I/O模型，用于仿真車(chē)輛中開(kāi)關(guān)、控制等簡(jiǎn)單邏輯信號(hào)；虛擬控制器模型，用于仿真和控制器交互的其他控制器。

3.3 車(chē)身域控制器測(cè)試裝置

為了滿(mǎn)足不同車(chē)身域控制器的快速切換和復(fù)雜外部接口的測(cè)試需求，測(cè)試裝置采用虛擬仿真方案設(shè)計(jì)，集成了豐富的電氣接口，見(jiàn)圖4。

圖4 測(cè)試裝置設(shè)計(jì)方案

仿真輸入裝置用于接收HIL仿真系統(tǒng)發(fā)送的控制信號(hào)，集成了控制器高有效開(kāi)關(guān)、低有效開(kāi)關(guān)、數(shù)字信號(hào)傳感器、模擬信號(hào)傳感器、電阻類(lèi)開(kāi)關(guān)、占空比信號(hào)傳感器、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)等常用輸入信號(hào)。仿真負(fù)載裝置用于模擬控制器常用的電器負(fù)載，包括燈泡負(fù)載、電機(jī)負(fù)載、LED負(fù)載、鎖負(fù)載、數(shù)字輸出、占空比輸出、模擬輸出、繼電器負(fù)載等。實(shí)際操作時(shí)，控制器只需匹配相應(yīng)的電氣接口，即可實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)控制器的快速切換。

4 測(cè)試驗(yàn)證

實(shí)際工作時(shí)，測(cè)試人員需要根據(jù)控制器的邏輯功能和故障注入的測(cè)試需求完成測(cè)試用例的開(kāi)發(fā)。然后，將測(cè)試用例錄入測(cè)試管理系統(tǒng)，并且完成測(cè)試用例和測(cè)試序列的參數(shù)賦值。在自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，通過(guò)調(diào)用動(dòng)作庫(kù)和評(píng)價(jià)庫(kù)中的功能模塊，完成自動(dòng)化測(cè)試序列中前提條件、測(cè)試步驟和預(yù)期結(jié)果等內(nèi)容。通過(guò)操作上位機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)化測(cè)試序列，序列控制HIL仿真系統(tǒng)模擬控制器的輸入信號(hào)，并且實(shí)時(shí)采集控制器和仿真負(fù)載的狀態(tài)。序列自動(dòng)調(diào)用評(píng)價(jià)庫(kù)中的檢測(cè)函數(shù)，確認(rèn)測(cè)試結(jié)果是否符合預(yù)期結(jié)果。測(cè)試管理系統(tǒng)可自由添加序列，完成測(cè)試后自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

以遠(yuǎn)程開(kāi)啟車(chē)窗功能為例，工作流程如下：在上位機(jī)系統(tǒng)中完成序列的開(kāi)發(fā)，然后啟動(dòng)自動(dòng)化序列。序列調(diào)用HIL仿真系統(tǒng)中的虛擬T-BOX控制器，模擬遠(yuǎn)程開(kāi)啟命令至車(chē)身域控制器。控制器成功接收命令后，驅(qū)動(dòng)仿真電機(jī)負(fù)載，模擬開(kāi)窗動(dòng)作。上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集控制器輸出信號(hào)和仿真負(fù)載的狀態(tài)信號(hào)，用于判斷測(cè)試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是否一致。最后，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，如圖5所示。與此同時(shí)，在序列中可以模擬T-BOX命令信號(hào)錯(cuò)誤、仿真電機(jī)負(fù)載過(guò)流或短路等特殊工況，以此增加測(cè)試覆蓋度。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)示意圖

5 總結(jié)

本文介紹的車(chē)身域控制器通用測(cè)試系統(tǒng)已在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用。通過(guò)將測(cè)試系統(tǒng)的硬件接口平臺(tái)化和測(cè)試用例松耦合等方法，有效提高了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的通用性。相比于分布式車(chē)身控制器測(cè)試設(shè)備，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了豐富的電氣接口和高效的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場(chǎng)景和極限工況下車(chē)身域控制器的邏輯功能測(cè)試和故障注入測(cè)試，提高了測(cè)試覆蓋度，縮短了驗(yàn)證周期。