嚴(yán)鑫

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1 引言

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)安全性、舒適性要求越來(lái)越高，汽車(chē)裝配的電子控制單元數(shù)目迅猛增加，為保證各個(gè)電子控制單元的性能穩(wěn)定，在整車(chē)開(kāi)發(fā)前期，就需要對(duì)所有控制模塊進(jìn)行系統(tǒng)、全面的測(cè)試開(kāi)發(fā)。而隨著汽車(chē)控制器的集成度與復(fù)雜度越來(lái)越高，測(cè)試所需要的人力、物力成本也大幅度提高，為解決這一難題，本文提出了一種自動(dòng)化硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)方案，該方案在設(shè)計(jì)初期就開(kāi)始對(duì)電子控制單元進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與功能驗(yàn)證，不僅縮汽車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)周期，也降低了開(kāi)發(fā)成本。

圖1 硬件在回路仿真原理

2 HIL測(cè)試系統(tǒng)概述

2.1 HIL測(cè)試原理介紹

HIL（Hardware In the Loop）測(cè)試主要是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下通過(guò)搭建模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從而有針對(duì)性的進(jìn)行汽車(chē)控制器的各種不同工況測(cè)試。該方法有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不需要在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上就可以模擬各種復(fù)雜工況和故障模式；

（2）可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制器自動(dòng)化集成測(cè)試，易于后續(xù)維護(hù)及擴(kuò)展；

硬件在回路仿真原理如圖1所示。在傳統(tǒng)測(cè)試中，ECU和真實(shí)被控對(duì)象形成閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，硬件在回路仿真測(cè)試中ECU和仿真系統(tǒng)形成閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過(guò)建立模型來(lái)代替真實(shí)被控對(duì)象，仿真模型將精準(zhǔn)的輸入仿真對(duì)象的各種特性參數(shù)，后續(xù)，用戶只需要修改仿真模型中的參數(shù)就可以完成大部分模型的設(shè)計(jì)工作，目前該方式已經(jīng)在很多商業(yè)模型中得到廣泛的應(yīng)用。

2.2 HIL測(cè)試系統(tǒng)的組成

HIL測(cè)試系統(tǒng)的基本組成為：控制器（待測(cè)對(duì)象）、仿真硬件平臺(tái)、已校準(zhǔn)的車(chē)輛模型及試驗(yàn)管理軟件，如圖2所示。

3 系統(tǒng)硬件測(cè)試平臺(tái)介紹

3.1 概述

BCM HIL測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)組成包括：實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)，外圍硬件，綜合信號(hào)管理模塊，可編程電源，電源管理模塊等，外部還包括外置BOB。

3.2 實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)介紹

BCM測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)時(shí)硬件采用的是基于PXI系統(tǒng)總線的NI系統(tǒng)，包括NI PXIe-1062機(jī)箱一個(gè)，一個(gè)PXIe-8840實(shí)時(shí)處理器板一個(gè)，和若干個(gè)信號(hào)處理器板（如FPGA 板，數(shù)據(jù)采集板卡，通訊板卡等）。該BCM測(cè)試系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，該閉環(huán)系統(tǒng)的工作過(guò)程主要是：通過(guò)控制器發(fā)出的各種控制信號(hào)給硬件接口，經(jīng)過(guò)模型運(yùn)算，后通過(guò)IO口輸出各種傳感器信號(hào)給控制器，最后與控制器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。

圖2 HIL 系統(tǒng)的組成

圖3 simulink模型導(dǎo)入到veristand流程圖

實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)就是提供實(shí)時(shí)模型運(yùn)行的硬件環(huán)境，將模型運(yùn)算出的結(jié)果轉(zhuǎn)化為電氣信號(hào)發(fā)送給控制器，同時(shí)采集控制器輸出的信號(hào)及硬件系統(tǒng)的信號(hào)（如電壓、電流、角度、速度等），通過(guò)轉(zhuǎn)化，參與到模型的計(jì)算中來(lái)。外圍硬件是為了實(shí)現(xiàn)特殊功能而研發(fā)的硬件，如故障注入板，電源切換等。綜合信號(hào)管理模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理，分配等功能。斷路測(cè)試盒 BOB是為了方便測(cè)試。電源管理模塊則是為了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的用電安全而設(shè)計(jì)的。

4 HIL測(cè)試軟件系統(tǒng)

4.1 測(cè)試環(huán)境配置

軟件系統(tǒng)主要包括汽車(chē)仿真模型、Veristand管理軟件以及自動(dòng)測(cè)試用例等，自動(dòng)化測(cè)試工程搭建后，以控制器單元引腳的電氣特性及接線原理為依據(jù)，為所測(cè)控制器分配硬件資源，包括板卡通道端子分配、負(fù)載類(lèi)[2]型配置、CAN/LIN通道的配置等，以保證BCM各單元引腳與板卡通道資源配置連接一致，再通過(guò)上位機(jī)管理軟件Veristand實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)機(jī)的操作和利用，上位機(jī)管理軟件是測(cè)試工程師與實(shí)時(shí)處理器進(jìn)行交互的轎梁，測(cè)試人員通過(guò)Veristand管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)機(jī)的操作和利用。simulink模型導(dǎo)入到veristand流程如圖3所示。

4.2 測(cè)試用例編寫(xiě)

自動(dòng)測(cè)試用例是用來(lái)建立自動(dòng)測(cè)試工程的測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)BCM各功能的自動(dòng)測(cè)試及自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)測(cè)試過(guò)程，INTES是基于 Eclipse RCP開(kāi)發(fā)的自動(dòng)測(cè)試執(zhí)行軟件，主要用于自動(dòng)測(cè)試序列搭建及序列執(zhí)行。其主要功能包括：（1）測(cè)試項(xiàng)目管理；（2）測(cè)試序列搭建（包含用戶自定義庫(kù)管理）；（3）測(cè)試序列執(zhí)行；（4）測(cè)試報(bào)告生成；（5）數(shù)據(jù)字典變量映射；（6）底層硬件設(shè)備管理（HIL/EES/Diag/ECU）。

INTES軟件典型的應(yīng)用流程如圖4所示。

圖4 INTES使用流程圖

4.3 HIL系統(tǒng)測(cè)試執(zhí)行

在測(cè)試運(yùn)行過(guò)程可以通過(guò)各個(gè)窗口監(jiān)測(cè)測(cè)試執(zhí)行情況和測(cè)試信號(hào)值變化情況，測(cè)試完成后HIL系統(tǒng)將自動(dòng)出具測(cè)試報(bào)告。

5 結(jié)論與展望

硬件在回路仿真是一種可行的測(cè)試手段，通過(guò)HIL可以在虛擬環(huán)境中對(duì)新的電控單元及軟件進(jìn)行大量測(cè)試，這種測(cè)試系統(tǒng)能精準(zhǔn)的模擬各種測(cè)試工況以及ECU的故障。因此它具有系統(tǒng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，測(cè)試覆蓋度高、可重復(fù)性強(qiáng)、測(cè)試周期短和測(cè)試結(jié)果一致性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以搭建自動(dòng)測(cè)試序列，簡(jiǎn)化了測(cè)試流程，提高了測(cè)試的效率，為HIL在汽車(chē)電氣功能測(cè)試中的廣泛應(yīng)用提供了一定的依據(jù)和參考。