基于VT System的診斷自動化測試平臺的實現(xiàn)

毛鴻霖，許勇，韓光省

（1.桂林電子科技大學，廣西桂林 541004；2.中國汽車技術研究中心，天津 300300）

基于VT System的診斷自動化測試平臺的實現(xiàn)

毛鴻霖1，2，許勇1，韓光省2

（1.桂林電子科技大學，廣西桂林 541004；2.中國汽車技術研究中心，天津 300300）

由于現(xiàn)代汽車技術不斷提高，越來越多的電子控制器（ECU）應用在汽車上，這就使得ECU的診斷測試越來越復雜和重要。基于硬件在環(huán)（HIL）的測試理念，運用德國Vector公司的總線與診斷驗證工具鏈，在ECU診斷測試過程中使用VT System硬件板卡模擬ECU的診斷故障外設；在被測樣件裝車之前對ECU的外部輸入輸出進行測試，快速重現(xiàn)實車中所有的電子電氣故障。通過測試用例的編寫，最終實現(xiàn)對ECU診斷協(xié)議、網(wǎng)絡故障碼、電氣故障碼的自動化測試。

VT System；診斷自動化測試；ECU；診斷故障碼

近年來隨著汽車電氣功能的不斷增加，汽車上的電子控制單元ECU也越來越多，而且ECU之間都實現(xiàn)了CAN總線通信來進行信息交互，電控模塊自身的診斷功能也越來越豐富。然而，在越來越多的診斷需求面前，整車廠的診斷平臺化設計及測試驗證能力還存在很多問題，如：各個ECU診斷通信協(xié)議各不相同、診斷數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、診斷測試手段落后、診斷測試深度不足等。尤其是診斷故障碼處理策略的測試方面，國內很多整車廠在很大程度上還要依賴于ECU供應商的測試報告及測試結果，各供應商的測試標準與測試手段不統(tǒng)一，測試深度和覆蓋度參差不齊，這勢必造成整車診斷系統(tǒng)的設計要求在測試驗證上難以得到保證。同時，在研發(fā)、生產(chǎn)線和售后之間無法建立起有效的診斷設計數(shù)據(jù)的交互可控制性和可追溯性。這些問題已經(jīng)成為提高整車性能的重要制約因素。

目前的診斷主要是人工診斷，運用診斷儀對單個控制單元進行故障測試與分析，但這種診斷方法效率不高，不能一次性測試很多控制單元，精度也達不到人們的期望值，因此，一種自動化的診斷技術實現(xiàn)越來越迫切［1］。本診斷自動化測試平臺的目的是通過測試系統(tǒng)的搭建，建立完善的測試程序及測試用例，全面覆蓋整車所有ECU的診斷測試驗證，通過自動化的手段完成大量的診斷協(xié)議及診斷故障測試驗證工作。

1 系統(tǒng)方案設計

ECU診斷測試過程中，使用VT System硬件板卡模擬單ECU診斷故障外設，在樣件裝車之前對ECU的外部輸入輸出進行硬件測試，模擬實現(xiàn)實車中電子電氣故障的快速重現(xiàn)，完成整車各ECU診斷通信功能的手動測試和自動化測試，并通過CANdelastudio、CANoe. Diva、vTESTstudio及CANoe系列工具進行測試開發(fā)與控制。診斷自動化測試系統(tǒng)整體方案如圖1所示。

圖1 診斷自動化測試系統(tǒng)整體方案

汽車ECU的診斷測試主要分為兩個方面：診斷協(xié)議層測試，診斷故障碼測試。在以往的ECU診斷測試中，通過使用CANoe和CANdelaStudio、CANoe.Diva，可以實現(xiàn)診斷協(xié)議層的自動化測試，節(jié)約了診斷測試工程師大量的測試時間。但由于ECU診斷故障碼測試涉及ECU的物理輸入和輸出，早期只能通過手動方式進行故障模擬測試［2］。手動測試過程繁瑣，且測試重復性和測試覆蓋度均較差，而且由于時間控制不精確，從而導致在模擬故障狀態(tài)時有損壞ECU及測試設備的風險，使用VT板卡來進行測試能避免相關問題。

診斷協(xié)議測試內容相對固定，無論是服務層還是傳輸層，都有ISO標準進行規(guī)定，本測試平臺將基于UDS診斷協(xié)議，以高速CAN總線為通信介質，設計整車廠自診斷策略，建立整車診斷數(shù)據(jù)庫（CDD文件）。以診斷數(shù)據(jù)庫為基礎，在CANoe.Diva環(huán)境下設計出診斷協(xié)議的測試用例工程，將該工程加載到CANoe中，執(zhí)行ECU診斷協(xié)議層與傳輸層自動化測試，在測試過程中數(shù)據(jù)自動記錄，測試報告自動生成［2］。診斷自動化測試實現(xiàn)流程如圖2所示。

故障診斷是利用ECU檢測控制系統(tǒng)中各組成部分的工作情況，即對ECU各個輸入（開關、通信接口或者傳感器等）和輸出（電磁閥、電機或者電阻絲等）的運行情況進行自檢測，同時外部診斷設備（診斷儀）能夠實時對汽車的各種運行參數(shù)進行讀寫、檢測控制等操作。根據(jù)每個ECU的輸入輸出特性，在vTESTStudio環(huán)境下設計各種工況下故障機制的測試用例，在CANoe測試平臺下生成自動化測試程序，與整車網(wǎng)絡仿真模型、VT System硬件資源、可編程電源等組成整套自動化診斷測試平臺，針對整車廠的具體車型，完成整車所有ECU診斷的自動化測試，自動化測試環(huán)境與ECU進行診斷通信獲取其故障數(shù)據(jù)，檢查分析故障數(shù)據(jù)內容，判斷電控模塊的故障診斷策略的正確性與完整性。

2 硬件方案設計

2.1VT System板卡資源需求選擇

ECU不僅需要提供總線通信，同時也擁有許多I／O接口，用于連接傳感器和執(zhí)行器。完整的ECU測試系統(tǒng)應該同時包含I／O信號、總線接口和電源信號，VT System可以全面滿足用戶對ECU的測試需求［3］。VT System不僅具有能夠提供數(shù)字電壓信號和PWM信號輸出的板卡，而且還具有能夠對控制器的輸出信號進行采集的板卡［4］。VT System包含處理器模塊，CAN／LIN模塊，負載和測量模塊，激勵模塊，VT供電模塊，ECU電源管理模塊，數(shù)字I／O模塊，模擬量I／0模塊，繼電器模塊和擴展模塊［5］。VT System與PC的接口是以太網(wǎng)卡，通過CANoe可以實現(xiàn)對VT System板卡的配置工作。

圖2 診斷自動化測試實現(xiàn)流程

根據(jù)測試需求對使用到的板卡資源作以下介紹。

1）VT7001A電源管理板卡可以通過RS232或模擬電壓控制2路外部電源輸出，這兩個輸出端口既可以作為KL15、KL30電給一個ECU供電，也可以分別給不同的兩個ECU供電，并且單通道過流能力可以持續(xù)達到70A；同時可以對電流進行采集，其范圍從100 μA～100A［3］。

2）VT8012 VT系統(tǒng)的背板提供以太網(wǎng)控制接口及12V供電電源接口，可以安插12塊VT板卡，并且可以通過以太網(wǎng)將不同的VT機箱背板進行級聯(lián)。

3）VT6204集成化的總線通信板卡四通道的CAN／LIN通信板卡，每個通道可以單獨配置，且通道1還支持FlexRay、K-Lin、CANFD總線接口的配置。

4）VT6051高性能的實時處理器板卡可以通過以太網(wǎng)網(wǎng)線與工控機連接通信，此時工控機做為上位機，實時處理板卡為下位機。

5）VT1004A負載與測量板卡能模擬電子負載、模擬負載短路故障等、電壓采集、PWM信號采集、脈沖采集、可通過繼電器與真實負載進行切換。過流能力可以持續(xù)達到16A，可以連接ECU的四路輸出，用于測量伺服電動機或者燈的輸出電氣參數(shù)。

6）VT2004A模擬激勵板卡可實現(xiàn)電位器輸入、電壓輸入、PWM輸入、任意波表電壓仿真。短路故障輸入，可通過繼電器與真實輸入進行切換。可以提供4路輸入給ECU，用于模擬車用傳感器如溫度傳感器以及各種開關的輸入信息。

7）VT2516A數(shù)字I／O板卡數(shù)字I／O仿真與采集、PWM信號仿真與采集、電壓采集、實現(xiàn)端口的對地／對電源短路故障模擬。含有16路通道，在實際車輛中可以模擬編碼連接器、開關或信號燈等。

8）VT2816通用的模擬量板卡帶有信號調理功能的模擬I／O板卡。通道1～12用于模擬電壓采集（其中通道1～8可復用于電流采集），通道13～16用作電壓仿真輸出。它可能會直接連接到ECU的輸入或輸出，也可以測量或控制其它數(shù)字信號。

9）VT2820故障注入板卡12路常開繼電器和8路可切換繼電器，最大熔斷電流8A。這些可以用于1個測試系統(tǒng)中切換不同的信號路徑來實現(xiàn)1個開關矩陣，或者制造短路故障。

10）VT2848通用的數(shù)字I／O板卡仿真與采集數(shù)字I／O信號，PWM信號仿真與采集，提供48路輸入或輸出數(shù)字信號。

2.2程控電源配置

依據(jù)測試需求，該測試系統(tǒng)由程控電源用來給模塊供電，電源型號為SM70-AR-24 CS（德國DELTA，圖3），輸出范圍35V／24A或70V／12A。

2.3測試臺架設計

測試臺架由標準鋁合金型材、網(wǎng)孔板及高密度板材組合而成，用來搭載被測樣件與外圍負載以及接線端子菲尼克斯，菲尼克斯將測試機柜中VT板卡資源連接至測試臺架。

2.4測試機柜設計

測試機柜用來集成安裝測試設備，測試機柜采用標準19英寸機柜，高度38U，寬度600 mm，深度800 mm，除集成測試設備外，測試機柜上還設計了部分前面板及部件。診斷自動化測試平臺如圖4所示。

圖3 DELTA電源

圖4 診斷自動化測試平臺

3 軟件設計

3.1整車診斷數(shù)據(jù)庫建立

CANdelaStudio用于定義ECU的診斷功能，并且生成診斷數(shù)據(jù)庫（CDD文件）來優(yōu)化整個診斷開發(fā)過程。它支持文檔模板（CDDT文件），可以滿足不同ECU供應商對同一個標準工具的各種特殊要求。在整車廠提供的模板基礎上，ECU供應商可加入特定的診斷需求，從而形成針對特定ECU的診斷功能描述文檔［3］。

根據(jù)整車廠提供的診斷調查表中的DTC列表、DID列表、應用層、網(wǎng)絡層等參數(shù)，使用CANdelaStudio軟件完成診斷服務、會話狀態(tài)、安全訪問等級狀態(tài)、TP時間參數(shù)、通信速率、電控模塊數(shù)據(jù)流、診斷故障碼等診斷需求定義，建立通用診斷需求數(shù)據(jù)庫模板CDDT和各ECU診斷設計數(shù)據(jù)庫文件CDD（圖5），應用于整車廠與供應商之間的診斷數(shù)據(jù)交互以及測試驗證。

3.2診斷協(xié)議層測試用例的生成

根據(jù)前期創(chuàng)建的CDD文件和DLL文件，使用CANoe. Diva軟件進行配置診斷測試覆蓋度和測試深度，包括診斷服務、NRC響應規(guī)則、功能地址、TP、部分DTC觸發(fā)和恢復條件、I／O測試等測試評價要求，生成診斷協(xié)議層測試用例。

圖5 使用CANdelaStudio建立診斷數(shù)據(jù)庫文件

3.3診斷故障碼測試用例的生成

vTESTStudio是一個自動化測試用例腳本集成開發(fā)環(huán)境，用于創(chuàng)建可直接在CANoe中運行的測試腳本序列。支持多種語言編程，也可支持以圖形化測試方式實現(xiàn)測試用例編輯。用戶無需了解編程語言也可輕松創(chuàng)建和設置測試程序和測試用例［3］。

對于比較復雜的網(wǎng)絡故障碼和電氣相關故障碼的測試記錄驗證以及清除機制、老化機制的測試，通過vTESTStudio軟件進行手動邏輯的設計及實現(xiàn)測試。在vTESTStudio中可以使用軟件自帶的函數(shù)進行編程，并且可以使用拖拽的方式調用函數(shù)及VT板卡相關通道資源，編程起來十分方便。

3.4CANoe環(huán)境下實現(xiàn)自動化測試

CANoe是進行網(wǎng)絡和ECU開發(fā)、測試和分析的全面工具，支持總線網(wǎng)絡開發(fā)從需求分析到系統(tǒng)實現(xiàn)的全過程，包括模型創(chuàng)建、仿真、測試、診斷及通信分析等［6］。首先，在CANoe環(huán)境下對已連接的VT板卡能自動識別VT System中組件，通過CANoe相關對話框既可實現(xiàn)VT System的配置。其次，CANoe支持開發(fā)者執(zhí)行ECU診斷功能；它提供對被測ECU診斷接口的訪問，支持UDS協(xié)議格式的診斷描述，并且?guī)в性\斷控制臺和故障內存窗口（診斷功能集）的交互式診斷測試儀，在跟蹤、數(shù)據(jù)和圖形窗口中進行服務級和參數(shù)級的診斷通信分析，以及仿真ECU的診斷功能。

最終，將CANoe.Diva軟件生成診斷協(xié)議層測試用例和vTESTStudio軟件下生成的網(wǎng)絡故障碼和電氣相關故障碼的測試用例導入到CANoe軟件下，進行自動化測試，并得到相應的測試結果報告。如圖6所示。

3.5測試平臺應用實例介紹

本文以BCM中的位置燈繼電器短路到電源故障為例，介紹該診斷自動化測試的實現(xiàn)流程。

圖6 使用CANoe生成診斷自動化測試序列

首先，根據(jù)BCM的接口原理圖，為位置燈開關和位置燈輸出繼電器管腳分配VT板卡資源，組成其工作環(huán)境。將BCM中位置燈開關管腳連接至VT2848板卡的通道8端口，并且VT2848的Vbatt和ECU GND分別連接至VT7001的OUT1和GND1端口。位置燈輸出繼電器用VT2004A板卡的通道2模擬，并且通道2中ECU端口a連接至VT7001的OUT1端，為其提供12 V的工作電壓，ECU端口b連接至位置燈繼電器控制管腳。然后，編寫故障產(chǎn)生以及故障碼檢測的測試用例，在vTESTStudio軟件下，首先將VT2004A板卡通道2中的電子負載設置為200 Ω來模擬繼電器的真實特性，設置VT7001給BCM上電使其工作，設置VT2848使位置燈開關閉合，清除BCM中的歷史故障碼，設置VT2004A中的short circuit閉合造成短路繼電器短路到電源故障，檢測故障碼及其狀態(tài)字節(jié)（此時應為當前故障碼），設置VT2004A中的short circuit斷開使故障消除，設置BCM重新上電，檢測故障碼及其狀態(tài)字節(jié)（此時應為歷史故障碼），清除故障碼并再次檢測故障碼（此時位置燈繼電器短路到電源故障碼應不存在），設置VT7001使BCM斷電。最后，將生成的診斷自動化測試用例（vtuexe文件）調入到CANoe中，并點擊運行，系統(tǒng)會自動按照測試序列運行，測試完成后會自動生成測試報告。測試報告結果顯示如圖7所示。

圖7 測試報告結果顯示

4 結束語

通過使用基于VT System的測試平臺，實現(xiàn)了整車ECU的診斷自動化測試，降低了開發(fā)過程中重復測試所需的工作量，提高了測試效率，保證測試結果的精確性，提高測試覆蓋度和測試可重復性。這不僅可以在整車開發(fā)階段及時發(fā)現(xiàn)ECU診斷方面的問題，而且在生產(chǎn)線和售后之間建立起有效的診斷設計數(shù)據(jù)的交互可控制性和可追溯性，最終保證整車診斷設計可控性。

［1］裴軍偉，韓可強，唐風敏.基于VT系統(tǒng)下自動化診斷的實現(xiàn)［J］.汽車電器，2015（7）：49-51.

［2］張永剛，劉志峰.汽車ECU診斷自動化測試系統(tǒng)［J］.電子測試，2015（3）：105-107.

［3］Vector公司.產(chǎn)品體系介紹［Z］.

［4］潘俊家，楊芝華，龔進峰.CAN總線網(wǎng)絡自動化測試平臺應用［J］.交通信息與安全，2013（3）：113-116.

［5］高沙沙，付東翔，王亞剛.基于VTSystem的汽車ECU自動測試系統(tǒng)［J］.信息技術，2015（1）：129-132.

［6］明星.基于VT System的汽車電子自動測試系統(tǒng)的研制及應用［J］.汽車電器，2012（8）：62-64.

（編輯 楊景）

NHTSA對新的HEVs和EVs設立安靜汽車安全標準以保護行人

美國運輸部國家公路交通安全管理局（NHTSA）正在對所有新生產(chǎn)的混合動力和電動輕型車輛增加聲音要求以保護行人。

該新標準，聯(lián)邦機動車安全標準第141號，響應國會的在“2010行人安全加強法案”中的混合動力和電動車輛滿足最低的聲音要求以對盲人和視力受損的行人提供警告的任務。

一旦所有車隊中的混合動力和電動車輛被適當配置后，當它們低速行駛時，該新的聯(lián)邦安全標準將有助于行人中的盲人、低視力者以及其他行人檢測這些車輛的存在、方向和位置。其將有助于防止每年大約2400起對行人的傷害。

根據(jù)該新法規(guī)，所有具有四個輪子以及車輛總重量等級為10000磅或以下的混合動力和電動輕型車輛將被要求做一個“報警聲音“——其被定義為車輛發(fā)出的聲音確實能使行人辨別車輛的存在、方向、位置和行駛——當逆向行駛或以每小時30km（約每小時19英里）的速度向前行駛時。在較高的車速時，由于其他因素如輪胎噪聲和風噪，提供了足夠的聲音以警告行人而不需要聲音警告。

該PSEA規(guī)定的對能使視障者以及其他行人合理地探測到低于其穿越速度行駛的EVs/HEVs的最小聲音的幾個性能要求包括：

●它必須足以讓一個行人合理探測到附近正在以恒定速度行駛、加速、減速以及在任何NHTSA認為適當?shù)钠渌闆r下行駛的EV或HEV。

●它必須反映NHTSA的由機動車發(fā)出的最小聲音水平必須讓視障者和其他行人合理探測到附近以低于交叉速度行駛的EV或HEV的決心。

●它必須反映NHTSA的確保每一輛車的聲音能讓行人識別正在行駛的一輛機動車是必要的性能要求的決心。

此外，該PSEA還有如下要求：

●該聲音必須不能依賴于任何一個駕駛員或行人來激活。

●制造商必須被允許提供每一輛車具有一個或多個符合標準的聲音，在制造時，具有該安全標準。相同品牌和型號的每一輛車輛必須發(fā)出相同的聲音或聲音設置。

●制造商必須被禁止從制造商或經(jīng)銷商之外的任何一個其他機制提供禁用、改變、替換或修改由車輛發(fā)出的聲音。然而，根據(jù)該PSEA,一個制造商或經(jīng)銷商被允許為了彌補缺陷或不符合該安全標準的原因而改變、替換或修改聲音或聲音設置。

●到2019年9月1日，制造商必須為所有混合動力和電動車輛配置符合該新標準的聲音。在該最后期限的前一年，新的混合動力和電動車輛的一半必須符合該新標準。

（信息來源：2016.11.15 Green Car Congress）

戴朝典編譯

Navigant預測到2025年全球48V系統(tǒng)的銷量將達到900萬

在一份新的報告（低壓車輛電氣化）中，Navigant研究公司預測，在2016年首次啟動之后，到2025年48V系統(tǒng)的銷量將達到900萬臺。

雖然汽車制造商尋找最具成本效益的解決方案以繼續(xù)降低燃油消耗和排放，同時也提供用于不斷增加功能集成的新車所需的電力，48V電氣系統(tǒng)將起到關鍵的作用。

一輛48V輕度混合動力車估計以30%的成本提供一輛高壓混合動力車效益的70%，同時可以在車輛中提升電功率，從2.5kW提升到10kW。

——Navigant研究公司估高級研究分析師Sam Abuelsamid

根據(jù)該報告，基于12V電氣系統(tǒng)的汽車發(fā)動機停-啟系統(tǒng)也預計有普遍的增長，并且有望在最近的十年結束時在歐洲和北美普遍采用。在此之上，到2025年亞太地區(qū)的增長將帶來低壓停-啟系統(tǒng)的銷售超過每年6000萬臺，復合年增長率為10.6%。

（信息來源：2016.11.4 Green Car Congress）

戴朝典編譯

Implementation of Automated Diagnostic Testing Platform Based on VT System

MAO Hong-lin1，2，XU Yong1，HAN Guang-sheng2
（1.Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004；2.China Automotive Technology and Research Center，Tianjin 300300，China）

With the continuous improvement of automotive technology，more and more ECU are used in vehicles，which makes the ECU diagnostic testing an increasingly complex and essential job.Based on Hardware in the Loop（HIL）testing concept，by using Vector’s bus and diagnostic verification tool chain and VT System board，ECU and its peripherals are simulated and the faults diagnosis are processed.External input and output of the module is tested before loading the measured sample，then all the electrical and electronic faults are reproduced fast in real vehicle environment.The final automated testing system is implemented by preparation of test cases including testing for ECU diagnostic protocol，network fault code and electrical fault code.

VT System；automated diagnostic testing；ECU；diagnostic trouble code

U463.6

：A

1003－8639（2016）12－0048－05

2016-09-11

毛鴻霖（1989-），男，湖南邵陽人，碩士，研究方向為汽車電子。