半實(shí)物仿真測試在汽車電子電器系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

符曉芬

摘 要：汽車的開發(fā)生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行許多測試，采用實(shí)際部件則耗費(fèi)巨大，且限于環(huán)境因素，不能有效測試極端條件下的各種性能。半實(shí)物仿真測試?yán)糜?jì)算機(jī)模擬，建立仿真模型來測試汽車電子電器系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。本文即討論它的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：汽車電子電器；半實(shí)物仿真測試；應(yīng)用研究

在科技和生活水平都不斷提高的今天，汽車在人們生活中的位置越來越重要。作為一種現(xiàn)代社會的標(biāo)志，人們對汽車的要求也越來越高。不僅要求其舒適和安全，將目標(biāo)放眼于正在放在目標(biāo)的節(jié)能和環(huán)保。不僅考慮個(gè)人效益，如今更是考慮了社會效益。因此其電氣系統(tǒng)越來越復(fù)雜。為適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對汽車檢測的速度和準(zhǔn)確度的要求，人們通常使用半實(shí)物仿真測試來測量對比汽車電子電器系統(tǒng)的可靠性。

一、半實(shí)物仿真測試系統(tǒng)概述

半實(shí)物仿真測試（Hardware-in-the-Loop Simulation）又叫硬件在回路仿真，即在汽車電子電器系統(tǒng)開發(fā)階段，利用計(jì)算機(jī)和測試臺架模擬汽車實(shí)際境況，實(shí)時(shí)監(jiān)控和測試各種信號和數(shù)據(jù)，以全面、詳細(xì)地測試汽車的電子電器，考察其在極限條件下的應(yīng)用。這種方法不僅可以大大節(jié)約費(fèi)用，還可以縮短開發(fā)測試周期，并且也增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性及可靠性。因此為廣大的測試工程師所普遍使用。

半實(shí)物仿真測試系統(tǒng)通常包括軟件和硬件兩部分。

硬件即dSPACE，實(shí)際的汽車執(zhí)行器和傳感器信號由其產(chǎn)生和接受，它連接了車輛的仿真環(huán)境和真實(shí)環(huán)境，汽車電子電器系統(tǒng)的實(shí)時(shí)環(huán)境就是由它構(gòu)成，是為軟件模型與測試系統(tǒng)的實(shí)時(shí)接口。

軟件即MATLAB/Simulink，汽車各動力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況就由它來進(jìn)行模擬，由于其圖形化的用戶界面，有關(guān)模型測試和定義、人機(jī)交互等等方面都很方便。利用測試仿真模型，設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)后在虛擬的測試仿真環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真測試，這就是半實(shí)物仿真測試。

由于大量測試工作被轉(zhuǎn)移到微機(jī)上進(jìn)行，原有的實(shí)驗(yàn)操作方法和操作環(huán)境保持不變，測試工程師通?？梢垣@得在真實(shí)環(huán)境中一般的效果，系統(tǒng)的開放性和真實(shí)性保證了測試項(xiàng)目的完成，其效果接近或等價(jià)于真實(shí)。

二、汽車電子電器系統(tǒng)及測試內(nèi)容汽車電子電器

將除了發(fā)動機(jī)和變速箱本體以外的其余所有汽車電子電器零件，如整車線束、執(zhí)行器、傳感器和電子控制單元等集合置于鋁合金車架上，這個(gè)系統(tǒng)就是汽車電子電器系統(tǒng)平臺，半實(shí)物仿真測試就在這個(gè)平臺上進(jìn)行。

測試內(nèi)容：電子電器系統(tǒng)集成測試包括功能測試、性能測試、網(wǎng)絡(luò)測試、診斷測試和電磁兼容測試五大塊。

功能測試包括整車級集成功能測試、系統(tǒng)級集成功能測試、接口測試、誤用濫用測試、用戶感知測試、過壓測試和故障處理測試等。這部分測試持續(xù)時(shí)間最長，從試制造車前一直持續(xù)到車輛上市階段。

整車級集成功能測試關(guān)注的是系統(tǒng)性功能的實(shí)現(xiàn)，保證整車電氣零件能夠正常運(yùn)行。

系統(tǒng)級集成功能測試關(guān)注的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和合理性，驗(yàn)證系統(tǒng)功能，使之符合工程師和用戶的要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

接口測試包括硬件接口和軟件接口，前者關(guān)注輸入輸出的匹配，后者則關(guān)注信號的交互，保證跨系統(tǒng)的各接口間的電路匹配、軟硬件信號的同步，信號的定義一致，保證系統(tǒng)信號準(zhǔn)確穩(wěn)定地傳輸。

誤用濫用測試包含誤用和濫用，前者指不正常的或不正確的操作，后者對某項(xiàng)功能或某個(gè)系統(tǒng)的頻繁過度使用，它確保非正常操作時(shí)能給出必要的警示，同時(shí)不影響駕駛員安全，而且在操作恢復(fù)后功能能正常使用。

用戶感知測試考察用戶感知的滿意度，用以衡量車輛設(shè)計(jì)的是否成功。

過壓測試考察系統(tǒng)在高負(fù)荷運(yùn)行環(huán)境等情況下能夠正常工作，測試產(chǎn)品的過壓承受力。

故障處理測試則在于尋找導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生失效的原因，時(shí)進(jìn)行反復(fù)測試，減少失效模式給用戶帶來的不便和困擾。

性能測試包含整車靜態(tài)電流測試、整車待命狀態(tài)電流測試、電氣回路電流及電壓降測試、整車接地性能測試及接地點(diǎn)移除造成電氣功能紊亂確認(rèn)測試、保險(xiǎn)絲熔斷性能測試及保險(xiǎn)絲缺失造成電氣功能失效確認(rèn)測試和整車電壓相關(guān)的功能測試。

網(wǎng)絡(luò)測試可與功能測試可同步進(jìn)行，包括物理層測試、通信層測試和網(wǎng)絡(luò)管理測試，從而認(rèn)證整車網(wǎng)絡(luò)。

診斷測試包括系統(tǒng)參數(shù)配置、軟件刷新、I/O控制測試、DTC測試、傳輸層測試和服務(wù)層測試。

電磁兼容測試是在試制造車階段對工程車進(jìn)行實(shí)車測試，分為EMI測試和EMS測試。

三、應(yīng)用實(shí)例

以Roewe某款車型為例，其電子電器系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型主要包括環(huán)境模型、車輛動力學(xué)模型、帶渦輪增壓的汽油發(fā)動機(jī)模型、液力變矩器模型和變速箱模型。由于汽油發(fā)動機(jī)的工作點(diǎn)由節(jié)氣門開度、噴油時(shí)間和點(diǎn)火正時(shí)時(shí)刻所決定，因此由試驗(yàn)所得的轉(zhuǎn)速、扭矩和效率特性MAP曲軸就組成汽車發(fā)動機(jī)模型。通過充分考慮液力變矩器鎖止、打滑和分離，可根據(jù)特性曲線給出液力變矩器模型。

按照油門開度、車速和當(dāng)前擋位等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，考慮經(jīng)濟(jì)換擋、動力換擋和雪地?fù)Q擋三種模式，由此可建立換擋變速箱模型主。通過計(jì)算當(dāng)前的行駛阻力和車速，可給出車輛動力學(xué)模型。利用MATLAB/Simulink就可以建立Roewe某款車型的仿真模型，再用ControlDesk建立電子電器系統(tǒng)仿真測試界面，在微機(jī)上就可以進(jìn)行該車型的電子電器系統(tǒng)仿真測試。該測試包括電子電器系統(tǒng)物理集成測試、車載診斷功能測試、車載網(wǎng)絡(luò)測試、系統(tǒng)功能測試、整車電氣性能測試和故障回放。

四、結(jié)論

半實(shí)物仿真平臺的優(yōu)點(diǎn)在于模擬實(shí)際的汽車環(huán)境而沒有副作用，不受時(shí)間、地點(diǎn)和環(huán)境因素的影響，可以任意模擬極端條件測試汽車電子電器系統(tǒng)，找出其不足。且此方法可在汽車電子電器系統(tǒng)未完成的情況下單獨(dú)測試子系統(tǒng)，有效提高開發(fā)流程的效果。它觀念強(qiáng)大，不僅縮短開發(fā)周期，還降低了設(shè)備以及相關(guān)的維護(hù)成本，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

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