汽車控制器的加速度模擬測試方案設(shè)計(jì)

【摘" 要】由于加速度曲線的復(fù)雜性和運(yùn)動(dòng)行程問題，無法滿足日常的控制器調(diào)試和測試需求。針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的局限性，文章設(shè)計(jì)一種加速度模擬測試設(shè)備，通過構(gòu)建能實(shí)時(shí)通過SPI總線信號(hào)注入加速度信號(hào)的電路，實(shí)現(xiàn)任意碰撞加速度曲線的模擬。該設(shè)備加速度模擬準(zhǔn)確、操作方便，能同時(shí)注入2路加速度，可設(shè)置加速度曲線，工程應(yīng)用價(jià)值較高。

【關(guān)鍵詞】控制器;加速度;模擬測試

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）06-0072-02

Design of Acceleration Simulation Test Scheme of Automobile Controller*

LU Sumei，WANG Shuanggui

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545005，China）

【Abstract】Due to the complexity of acceleration curve and motion stroke，it can not meet the needs of daily controller debugging and testing. Aiming at the limitations of the existing equipment， this paper designs an acceleration simulation test equipment. By constructing a circuit that can inject the acceleration signal through SPI bus signal in real time， the acceleration curve of arbitrary collision can be simulated. The device can simulate the acceleration accurately，operate easily，inject two accelerations at the same time，set the acceleration curve，and has high engineering application value.

【Key words】controller;acceleration;simulation test

作者簡介

陸素媚（1991—），女，工程師，從事汽車控制器項(xiàng)目管理工作;王雙貴（1990—），男，高級(jí)工程師，從事汽車控制器開發(fā)工作。

1" 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

汽車控制器采用板上加速度傳感器采集加速度數(shù)據(jù)，汽車控制器的MCU和加速度傳感器基于SPI總線進(jìn)行通信。加速度模擬測試設(shè)備作為加速度數(shù)據(jù)注入設(shè)備，需要替換掉加速度傳感器并作為SPI從機(jī)，以支持EDR（Event Data Recorder，汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)）、SDM（Sensor Diagnostic Module，安全約束電子系統(tǒng)）的加速度數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)原理如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)具體運(yùn)行流程如下。

1）上位機(jī)自動(dòng)獲取加速度注入數(shù)據(jù)（EXCEL表格）并進(jìn)行解析，然后通過串口發(fā)送給加速度模擬測試設(shè)備。

2）加速度模擬測試設(shè)備處理后，通過SPI傳輸給EDR、SDM。

3）EDR、SDM觸發(fā)碰撞功能，并通過CAN報(bào)文發(fā)送控制器內(nèi)部運(yùn)行信息。

4）加速度測試設(shè)備采集CAN報(bào)文，并通過串口上傳給上位機(jī)。

5）上位機(jī)自動(dòng)比對(duì)實(shí)際結(jié)果和標(biāo)定數(shù)據(jù)。

2" 加速度模擬測試設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)

加速度模擬測試設(shè)備的硬件包括：SPI通信模塊、UART通信模塊、CAN通信模塊、負(fù)載模塊、電流采樣模塊、繼電器模塊、語音控制模塊和主控模塊。其中SPI通信模塊用于加速度注入，CAN通信模塊用于獲取控制器狀態(tài)信息。語音控制模塊和繼電器模塊主要用于控制加速度模擬設(shè)備和汽車控制器的上下電時(shí)序，因?yàn)镾PI從機(jī)必須先于SPI主機(jī)先上電啟動(dòng)（加速度模擬測試設(shè)備的上電啟動(dòng)必須早于汽車控制器），否則SPI出現(xiàn)亂碼。為方便日常的上下電時(shí)序控制，結(jié)合繼電器模塊和語音控制模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并能同時(shí)給加速度模擬測試設(shè)備、汽車控制器和手機(jī)供電。電源控制原理如圖2所示。

3" SPI通信報(bào)文設(shè)計(jì)

汽車控制器上的加速度傳感器是雙向傳感器（包括互相垂直的縱向和橫向，也叫x和y軸向）。加速度傳感器SPI報(bào)文如圖3所示，加速度傳感器的SPI報(bào)文為32位，加速度數(shù)據(jù)只占12位（故一次只能傳輸x或y軸方向的數(shù)據(jù)），且CRC校驗(yàn)為8位。這是因?yàn)榧铀俣葌鞲衅鞔嬖谏习贄l指令，為了識(shí)別亂碼進(jìn)行的設(shè)定。12位有符號(hào)加速度數(shù)據(jù)需轉(zhuǎn)化為16位并進(jìn)行CRC算法驗(yàn)證，才能被汽車控制器使用。這個(gè)過程會(huì)消耗汽車控制器的處理時(shí)間，而且兩次傳輸才能獲得完整的x+y軸向數(shù)據(jù)，此時(shí)x與y軸向的數(shù)據(jù)已經(jīng)不是同一時(shí)刻的。

而對(duì)于加速度模擬測試設(shè)備，僅存在2條數(shù)據(jù)采樣指令，無需像加速度傳感器一樣犧牲性能而進(jìn)行復(fù)雜設(shè)定。對(duì)SPI通信協(xié)議進(jìn)行修改，將2幀SPI通信（x軸方向采樣和y軸方向采樣）轉(zhuǎn)化為1幀（x+y軸方向采樣），將32位SPI數(shù)據(jù)分為16位x軸方向數(shù)據(jù)和16位y軸方向數(shù)據(jù)，加速度模擬測試設(shè)備SPI報(bào)文占位如圖4所示。由于SPI驅(qū)動(dòng)代碼底層傳輸為無符號(hào)數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行有符號(hào)和無符號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。加速度傳感器量程為[-2047，2047]，故SPI從機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行+2048（轉(zhuǎn)無符號(hào)數(shù)），而在SPI主機(jī)處進(jìn)行-2048（還原數(shù)據(jù)）。

4" 加速度模擬設(shè)備的注入數(shù)據(jù)更新機(jī)制

加速度傳感器內(nèi)部有系統(tǒng)時(shí)鐘，按周期刷新內(nèi)部數(shù)據(jù)。由于是實(shí)時(shí)硬件采樣，故而數(shù)據(jù)是連續(xù)非離散的。但是對(duì)于加速度模擬測試設(shè)備，數(shù)據(jù)不是硬件采樣得到的，而是事先存放在內(nèi)存中的，數(shù)據(jù)是離散的。為防止因?yàn)镾DM和加速度模擬測試設(shè)備的系統(tǒng)時(shí)鐘偏差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或重復(fù)，將加速度模擬測試設(shè)備的數(shù)據(jù)更新為不隨系統(tǒng)時(shí)鐘變化。將加速度模擬測試設(shè)備的SPI數(shù)據(jù)更新為完全取決于主機(jī)的訪問，只有當(dāng)檢測到最后一路SPI的訪問指令時(shí)，發(fā)送完SPI數(shù)據(jù)后更新為下一個(gè)SPI數(shù)據(jù)，這樣就避免了主從機(jī)的數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)更新頻率不一致問題，此問題會(huì)在間隔幾個(gè)周期后導(dǎo)致主機(jī)采樣丟失數(shù)據(jù)或重復(fù)采樣數(shù)據(jù)。

5" 上位機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)

上位機(jī)的功能包括讀取加速度注入數(shù)據(jù)（EXCEL），與加速度模擬測試設(shè)備串口通信，以及更新結(jié)果EXCEL。加速度模擬測試設(shè)備與上位機(jī)通過串口進(jìn)行交互，接收加速度注入數(shù)據(jù)和上位機(jī)指令，并將注入數(shù)據(jù)測試結(jié)果反饋給上位機(jī)。上位機(jī)將測試結(jié)果更新進(jìn)結(jié)果EXCEL，并與期望結(jié)果比對(duì)生成測試報(bào)告。

6" 故障檢測和復(fù)位

汽車控制器與加速度模擬測試設(shè)備基于SPI總線進(jìn)行通信，而SPI通信的穩(wěn)定性極為重要。由于SPI的通信是移位傳輸，這就意味著當(dāng)出現(xiàn)一幀數(shù)據(jù)亂碼后，后續(xù)的所有幀都是亂碼。為防止這種情況，汽車控制器和加速度模擬測試設(shè)備的SPI連線應(yīng)盡可能不飛線，采用短距離牢固接口。

當(dāng)加速度模擬測試設(shè)備檢測到汽車控制器的SPI指令異常時(shí)，加速度模擬測試設(shè)備發(fā)送內(nèi)容為0xffffffff的SPI無效報(bào)文和故障CAN報(bào)文，并將結(jié)果反饋給上位機(jī)。隨后通過電源控制模塊重啟加速度模擬測試設(shè)備和汽車控制器。

7" 結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了加速度模擬測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，此方案可實(shí)現(xiàn)加速度曲線的任意模擬，自動(dòng)加載注入和自動(dòng)結(jié)果驗(yàn)證。實(shí)現(xiàn)了汽車控制器訪問加速度傳感器的模擬，并保證了SPI傳輸?shù)拈L期穩(wěn)定性，避免了汽車控制器加速度采樣頻率和加速度模擬測試設(shè)備的數(shù)據(jù)更新頻率不一致的問題，實(shí)現(xiàn)不丟數(shù)據(jù)和出現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)。SPI出現(xiàn)亂碼的問題排查和復(fù)現(xiàn)是非常耗時(shí)和困難的，加速度模擬設(shè)備制定了一種SPI故障檢測和修復(fù)的方案，極大降低了SPI問題排查的困難度。應(yīng)用該設(shè)備后，可實(shí)現(xiàn)隨調(diào)隨測，測試出的問題可以快速定位至問題代碼，極大地縮減了項(xiàng)目開發(fā)和測試時(shí)間。

（編輯" 楊凱麟）

收稿日期：2024-03-01

*專利：一種用于SDM的加速度模擬方法、裝置、系統(tǒng)以及存儲(chǔ)介質(zhì)（CN117389167A）。