整車功能測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)分析

路 平， 劉俊峰， 張海榮， 熊文文

（吉利汽車研究院（寧波） 有限公司試制中心， 浙江 寧波 315336）

1 整車測(cè)試技術(shù)研究意義

1.1 行業(yè)背景

近年來(lái)，隨著新能源汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用，新能源汽車控制系統(tǒng)及零部件的開發(fā)與測(cè)試技術(shù)也得到了快速發(fā)展，但同時(shí)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的駕乘感受及安全要求也越來(lái)越高。車身域控制系統(tǒng)、動(dòng)力域控制系統(tǒng)、底盤域控制系統(tǒng)、ADAS域控制系統(tǒng)和信息娛樂域控制系統(tǒng)，作為新能源汽車的五大域控制系統(tǒng)，其產(chǎn)品品質(zhì)將直接決定整車的動(dòng)力性、安全性和舒適性。因此，整車級(jí)控制系統(tǒng)的開發(fā)和集成測(cè)試將是新能源整車開發(fā)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。提高測(cè)試的廣度和深度對(duì)于整車、子系統(tǒng)及零部件的產(chǎn)品品質(zhì)把關(guān)也尤為重要，可有助于主機(jī)廠不斷優(yōu)化產(chǎn)品，提高產(chǎn)品品質(zhì)。在品質(zhì)和進(jìn)度的雙重要求下，如何完成整車級(jí)系統(tǒng)集成測(cè)試，直接影響產(chǎn)品研發(fā)周期的長(zhǎng)短，進(jìn)而影響品質(zhì)和成本[1]。

對(duì)于主機(jī)廠而言，實(shí)驗(yàn)室的臺(tái)架測(cè)試技術(shù)可以盡早發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤、降低成本。為了確保設(shè)計(jì)的可靠性，無(wú)疑需要增加測(cè)試的難度和周期，但市場(chǎng)的需求是希望設(shè)計(jì)周期更短，解決這一問題的方法是將道路試驗(yàn)和實(shí)車測(cè)試轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，在設(shè)計(jì)早期完成[2]。此外，只有將部件集成起來(lái)并運(yùn)行于真實(shí)環(huán)境和實(shí)時(shí)條件下時(shí)，一些系統(tǒng)缺陷才會(huì)暴露出來(lái)，這讓測(cè)試成為了一門跨部門和跨廠商的學(xué)科[2]。

1.2 整車測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介

汽車行業(yè)對(duì)于測(cè)試技術(shù)的定義是：根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)階段的規(guī)格說(shuō)明和程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而精心設(shè)計(jì)的一批測(cè)試用例（輸入數(shù)據(jù)和預(yù)期的輸出結(jié)果），并利用這些測(cè)試用例去運(yùn)行系統(tǒng)，以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的過程。測(cè)試的主要目的是保證品質(zhì)、降低成本，對(duì)于主機(jī)廠而言，可以確保新車型上市時(shí)間，提高產(chǎn)品品質(zhì)，提升客戶滿意度。

整車測(cè)試一般也要分階段進(jìn)行，不同階段的測(cè)試對(duì)應(yīng)了不同層次的階段產(chǎn)品；針對(duì)測(cè)試對(duì)象的不同特點(diǎn)采用不同的測(cè)試技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)不同特征的錯(cuò)誤，進(jìn)而使整車在多層次測(cè)試中不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)。參考圖1整車開發(fā)測(cè)試環(huán)節(jié)示意圖。

圖1 整車開發(fā)測(cè)試環(huán)節(jié)示意圖

整車級(jí)功能測(cè)試，一般可以分為部件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和整車級(jí)測(cè)試。

1） 部件級(jí)測(cè)試主要解決單個(gè)部件的控制功能測(cè)試驗(yàn)證，集中注意力于零部件的基本組成部分；首先需要保證每一個(gè)零部件測(cè)試通過，是下一步把部件組裝成系統(tǒng)并進(jìn)行正確測(cè)試的基礎(chǔ)。部件相對(duì)規(guī)模較小，復(fù)雜性較低，因而發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后容易隔離和定位，有利于查找問題。

2） 系統(tǒng)級(jí)測(cè)試主要解決域內(nèi)各系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的聯(lián)合仿真及功能驗(yàn)證，可以檢驗(yàn)部件與部件之間的接口關(guān)系；系統(tǒng)級(jí)測(cè)試是發(fā)現(xiàn)和改正模塊接口錯(cuò)誤的重要階段。

3） 整車級(jí)測(cè)試主要解決各域控制系統(tǒng)間的聯(lián)合運(yùn)行功能測(cè)試驗(yàn)證，可以提前發(fā)現(xiàn)問題，盡可能保證在整車道路試驗(yàn)中少出問題。

2 整車功能驗(yàn)證臺(tái)架解決方案

本文根據(jù)目前的行業(yè)技術(shù)背景，提出一種整車功能驗(yàn)證臺(tái)架解決方案，建設(shè)整車級(jí)仿真測(cè)試功能臺(tái)架，用于新能源汽車車身域、動(dòng)力域、底盤域、ADAS域和信息娛樂域五大域控制系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證。

該測(cè)試驗(yàn)證臺(tái)架方案可以支持各子系統(tǒng)域零部件在裝車前完成整車級(jí)的集成測(cè)試，同時(shí)也支持各域單獨(dú)的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試；也可以通過主控系統(tǒng)軟件對(duì)該臺(tái)架的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行集中控制，根據(jù)不同的測(cè)試項(xiàng)目和系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試。

2.1 車身域測(cè)試系統(tǒng)解決方案

車身域HIL臺(tái)架可以通過各種軟件控制的硬件板卡、總線接口虛擬出整車的各種工作環(huán)境，可以真實(shí)模擬各種傳感器，模擬電機(jī)電阻負(fù)載與其他復(fù)雜信號(hào)，與車輛各ECU構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 車身域HIL測(cè)試臺(tái)架示意圖

車身域測(cè)試系統(tǒng)主要功能包括：支持車身域ECU單節(jié)點(diǎn)測(cè)試和多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合測(cè)試；支持的測(cè)試對(duì)象包括BCM（車身域控制器）、IC（組合儀表）、AC（空調(diào)控制器）、APM（防夾車窗）、SRM（天窗控制器）、T-BOX等；支持配置故障注入板卡，實(shí)現(xiàn)控制器輸入和輸出信號(hào)故障注入功能，主要包括信號(hào)間短路、開路，對(duì)搭鐵短路、對(duì)電源短路等；支持模擬負(fù)載和電子負(fù)載二種方案，可以滿足固定阻值類負(fù)載和電機(jī)類感性負(fù)載兩種不同類型負(fù)載模擬的需求；支持TPMS測(cè)試；支持低速行駛模擬發(fā)動(dòng)機(jī)提示測(cè)試；支持休眠喚醒測(cè)試；支持自動(dòng)化測(cè)試，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告等。

2.2 動(dòng)力域測(cè)試系統(tǒng)解決方案

動(dòng)力域測(cè)試臺(tái)架主控系統(tǒng)模擬駕駛員的操作信號(hào)給整車VCU，VCU計(jì)算當(dāng)前工況下的需求扭矩，通過CAN總線發(fā)送給電機(jī)控制器MCU；同時(shí)主控系統(tǒng)根據(jù)整車參數(shù)以及當(dāng)前測(cè)試環(huán)境計(jì)算電機(jī)可以達(dá)到的轉(zhuǎn)速，通過網(wǎng)線或CAN發(fā)給測(cè)功機(jī)控制系統(tǒng)，控制測(cè)功機(jī)加載負(fù)載轉(zhuǎn)速，從而模擬整車的運(yùn)行狀態(tài)。如圖3所示。

圖3 動(dòng)力域測(cè)試臺(tái)架示意圖

動(dòng)力域測(cè)試系統(tǒng)主要功能包括：支持行駛方向控制測(cè)試；支持車速控制測(cè)試；支持驅(qū)動(dòng)控制測(cè)試；支持駕駛模式測(cè)試；支持進(jìn)氣格柵控制測(cè)試；支持交流充電控制測(cè)試，支持直流充電控制測(cè)試；支持電池?zé)峁芾頊y(cè)試；支持高壓安全防護(hù)測(cè)試；支持低壓蓄電池能量管理測(cè)試；支持電機(jī)控制測(cè)試；支持閉環(huán)控制測(cè)試；支持節(jié)能模式測(cè)試；通過仿真模型，模擬車輛各種運(yùn)行工況。

2.3 底盤域測(cè)試系統(tǒng)解決方案

底盤域測(cè)試系統(tǒng)針對(duì)底盤域相關(guān)控制器進(jìn)行仿真功能測(cè)試。臺(tái)架系統(tǒng)可以支持接入真實(shí)的方向盤等轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和制動(dòng)、油門、擋位、點(diǎn)火鑰匙等駕駛員操作部件。如圖4所示。

圖4 底盤域測(cè)試臺(tái)架示意圖

底盤域測(cè)試系統(tǒng)主要功能包括：針對(duì)底盤域控制器ABS、ESP、EPS、ASC等進(jìn)行功能測(cè)試；支持對(duì)指定管腳的故障注入，例如對(duì)電源短路、對(duì)搭鐵短路、開路、信號(hào)間短路等；支持車輛動(dòng)力學(xué)及道路與環(huán)境的仿真，實(shí)現(xiàn)不同路況下的模擬測(cè)試；支持模擬底盤域控制器所需的傳感器信號(hào)，主要包括輪速傳感器、橫擺角速度傳感器等；可以進(jìn)行底盤域控制器輸出信號(hào)狀態(tài)的采集，也可以進(jìn)行其他域相關(guān)CAN/CANFD 總線節(jié)點(diǎn)的模擬；支持電控懸架系統(tǒng)測(cè)試；通過制定測(cè)試用例，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試；同時(shí)也可以支持手動(dòng)測(cè)試，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

2.4 ADAS域測(cè)試系統(tǒng)解決方案

ADAS域測(cè)試系統(tǒng)針對(duì)目前常用的智能駕駛域控制器的自動(dòng)緊急制動(dòng)AEB、自適應(yīng)巡航控制ACC、車道保持輔助LKA、盲區(qū)檢測(cè)BSD、自動(dòng)泊車輔助APA、車道偏離報(bào)警LDW、前碰撞報(bào)警FCW等相關(guān)功能進(jìn)行測(cè)試。可以實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成對(duì)ADAS域的功能測(cè)試，具備測(cè)試成本低、復(fù)用性好的特點(diǎn)。如圖5所示。

圖5 ADAS域測(cè)試臺(tái)架示意圖

ADAS域測(cè)試系統(tǒng)主要功能包括：支持國(guó)內(nèi)外多種法規(guī)下的場(chǎng)景搭建；支持高清地圖導(dǎo)入，支持演示算法；支持模型在環(huán)（MIL）、實(shí)時(shí)軟件在環(huán)（SIL）、硬件在環(huán)（HIL） 等多種使用模式，能夠與硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)、駕駛模擬儀等設(shè)備集成；支持感知設(shè)備硬件預(yù)留接口；支持故障注入測(cè)試，包括模擬ECU 的對(duì)搭鐵短路、對(duì)電源短路、管腳間短路、開路等故障，以及模擬傳感器故障注入和執(zhí)行器故障注入；支持與功能安全場(chǎng)景、功能安全測(cè)試用例相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能駕駛的功能安全方面的內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試。

2.5 信息娛樂域測(cè)試系統(tǒng)解決方案

信息娛樂域測(cè)試系統(tǒng)總體測(cè)試方案依據(jù)“激勵(lì)-響應(yīng)”的基本方式，通過自動(dòng)化測(cè)試軟件給被測(cè)控制器終端輸入一些激勵(lì)信號(hào)，觸發(fā)其系統(tǒng)程序切換不同的狀態(tài)，最后對(duì)其響應(yīng)后終端的狀態(tài)進(jìn)行采集，輸出至自動(dòng)化測(cè)試軟件，并與期望的響應(yīng)做比對(duì)，最終得出被測(cè)控制器功能狀態(tài)是否良好。如圖6所示。

圖6 信息娛樂域測(cè)試臺(tái)架示意圖

信息娛樂域測(cè)試系統(tǒng)主要功能包括：支持藍(lán)牙、WIFI、廣播、Ecall、V2X、全球語(yǔ)音、射頻功能仿真測(cè)試；支持通過機(jī)器人模擬人工操作完成單擊、雙擊、長(zhǎng)按、滑動(dòng)、拖拽等工作；支持不同場(chǎng)景的HMI人機(jī)交互測(cè)試；支持語(yǔ)音交互測(cè)試；支持多屏交互測(cè)試；支持UI一致性測(cè)試；支持對(duì)指定管腳的故障注入，例如對(duì)電源短路、對(duì)搭鐵短路、開路、信號(hào)間短路等。

3 結(jié)語(yǔ)

整車上越來(lái)越多的功能通過電子產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)，一輛中高端車型的ECU數(shù)量甚至?xí)^100個(gè)。隨著汽車電子網(wǎng)絡(luò)及電控系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的通信也越來(lái)越復(fù)雜。本文針對(duì)上述汽車行業(yè)背景，詳細(xì)論述了整車功能驗(yàn)證臺(tái)架的重要性，并重點(diǎn)介紹了目前新能源汽車一般分為五大域控制系統(tǒng)（動(dòng)力域、車身域、底盤域、ADAS域、信息娛樂域） 的測(cè)試臺(tái)架解決方案。本文也對(duì)國(guó)內(nèi)主機(jī)廠非標(biāo)臺(tái)架驗(yàn)證及測(cè)試工作的設(shè)計(jì)開發(fā)也有一定的指導(dǎo)意義。