燃料電池汽車VMS測試系統構建

宋錦明，宋錦剛

（1.上汽集團商用車技術中心，上海 200438；2.江蘇財經職業技術學院，江蘇淮安 223003）

燃料電池汽車VMS測試系統構建

宋錦明1，宋錦剛2

（1.上汽集團商用車技術中心，上海 200438；2.江蘇財經職業技術學院，江蘇淮安 223003）

簡要介紹燃料電池汽車整車控制器VMS、測試系統整體架構、測試系統硬件模塊核心VT system各種I／O信號模塊和軟件模塊核心CANoe開發平臺；詳細介紹基于CANoe和VT System的VMS測試系統的硬件組成、原理，并圍繞“報文DLC（數據場字節長度）”具體測試用例給出測試系統的軟件設計及部分測試程序代碼；利用測試系統對用例進行實際測試驗證，并生成測試報告，測試報告結果表明該VMS測試系統的有效性。

整車控制器；CANoe；VT System；測試系統

整車控制器VMS（Vehicle Management System）是燃料電池汽車三大核心技術之一電控技術的關鍵模塊。由圖1可知，VMS與整車及燃料電池動力系統FCPS（Fuel Cell Propulsion System）有著密切聯系。其功能主要包括：①VMS是燃料電池汽車整車各項功能的控制中心，它負責動力系統的扭矩管理、動力電池和燃料電池電堆多能源分配策略、整車高低壓系統安全策略和系統故障監測與報警提示。②VMS主要通過CAN網絡采集和判斷駕駛人員的控制輸入信號，如油門、制動、擋位等操控信息和駕駛意圖，并向動力系統發送控制命令，同時向儀表等設備輸出FCPS和整車其它子系統的狀態信息。③VMS同時還是FCPS與整車其它子系統進行信息交互的網關，負責與ABS、空調、EPS等模塊傳輸狀態信息。

鑒于VMS的重要作用，對VMS進行系統、嚴格的測試驗證，是整車開發過程中的一個重要環節。本文詳細介紹基于CANoe和VT System的VMS測試系統構建，以及利用該系統完成VMS功能測試驗證的整個過程。

1 測試系統整體架構

VMS測試系統包括硬件模塊和軟件模塊兩部分，如圖2所示。

1）測試系統硬件模塊VMS測試系統硬件模塊主要由PC機、電源模塊和測試系統各種信號I／O模塊3部分組成。其中測試系統各種信號I／O模塊為硬件模塊的核心，主要由VT System各種信號模塊組成。該模塊用于模擬VMS在特定工作場景時所需要輸入的各種硬線和CAN總線信號，同時針對該工作場景采集VMS輸出的各種信號，包括油門踏板信號、制動踏板信號、點火鑰匙信號、緊急開關信號、動力高壓電高壓互鎖信號、電子風扇控制信號、冷卻水泵控制信號、空調控制信號、動力電池和動力電機等工作運行狀態和控制信號等。

圖1 VMS聯接信號圖

圖2 VMS測試系統整體架構

2）測試系統軟件模塊測試系統軟件模塊基于CANoe平臺開發，運行于PC上。主要實現功能包括：①通過測試系統軟件模塊控制信號I／O模塊，模擬前述信號，使VMS工作于預設狀態；②測試軟件通過程序已定義的功能，分析和處理硬線I／O和CAN總線接口接收和采集VMS的各項控制輸出信號，并將結果與VMS在設計時所期望的各項控制輸出信號作對比，以評估在該條件下VMS功能是否與設計要求一致；③記錄測試過程中的各項數據，并形成完整測試報告。

2 測試系統各種信號I／O模塊

本測試系統利用VT System相關模塊（主要包括VT1004、VT2004、VT2516和VT7001等）模擬連接于VMS的真實執行器與傳感器的各種I／O信號。如果需要，VT組件所模擬的I／O信號可同時與真實傳感器和執行器連接。

1）VT8012背板通過VT8012背板，可以把12個VT組件安裝在19英寸的機架或19英寸的框架中。同時，VT8012背板提供了與PC連接的以太網接口，并保證VT System與PC間的電隔離。此外，VT8012背板還提供了VT組件所需的12V工作電源。

2）VT1004負載和測量模塊VT1004模塊可以連接ECU的4路輸出，用于測量伺服電動機或者燈的輸出電氣參數。

3）VT2004激勵模塊VT2004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。

4）VT2516數字I／O模塊VT2516可以提供16路通道數字輸入／輸出，用于模擬數字量開關輸入信號、測量ECU輸出電壓。

5）VT7001電源模塊通過VT7001電源模塊可以控制ECU供電，包括KL15、KL30、KL31等，能夠提供最大70A的連續電流輸出，同時能夠進行電流測量（10uA～70A），同時，還可以模擬短路、開路等電源故障。

由VT System相關模塊構成的測試系統硬件連接圖，如圖3所示。

圖3 VMS測試系統硬件連接

3 測試系統軟件設計

測試系統軟件模塊基于CANoe平臺開發，并運行于PC上。

3.1CANoe

CANoe是整車網絡和ECU設計、仿真和測試的專業工具，是本測試系統的核心控制軟件，其主要應用場景為控制器的功能測試、網絡測試以及故障診斷測試。測試功能主要包括下列組件。

1）在CANoe中可以使用*.XML或*.CAN測試模塊執行連續的測試數據流。測試模塊可以在任意時刻啟動執行。*.CAN測試模塊使用類似于C語言的CAPL語言編程實現，測試人員可以根據測試需求靈活地編制測試程序，并設置在測試執行時將過程信息和數據實時地反饋給測試人員。

2）測試服務庫包含了大量系統預定義的基于CAPL編程語言測試的各類接口函數，方便測試人員在編程設計具體的測試程序時直接調用。它們可以在CAPL測試模塊中直接使用，可以根據數據庫進行參數化，如監測對應報文的發送周期，報文數據長度DLC，ECU從收到報文到發出響應報文的程序處理時間，具體物理信號值的有效性等。

3）在基于CANoe的測試程序執行完成后，測試程序會基于特定的模板生成一個完整的測試報告。測試報告的形式和內容可以由用戶根據需要自行定義。

在整車網絡和ECU設計、仿真和測試過程中，需要不斷創建、維護完善和執行測試序列。CANoe中*. CAN測試模塊提供了一個完整測試環境和測試序列。測試序列是由一系列的測試用例組成的，測試程序開發人員可以通過CAPL編程語言設計開發相對應的測試用例。

3.2VMS測試程序設計及舉例

VMS測試程序主要由功能測試、網絡測試和診斷測試3部分組成，主要內容見表1。

表1 測試程序主要內容

測試用例：報文DLC（數據場字節長度）測試，詳見表2。

表2 報文DLC（數據場字節長度）測試

測試用例的軟件主要通過CANoe的CAPL編程環境實現，最終生成基于CAPL編程語言的測試腳本文件。

測試程序執行時由MainTest（）主函數開始運行，首先通過函數TestModuleTitle（），TestModuleDescription（）對測試對象和測試內容進行必要的描述。接下來則開始執行具體的測試案例TestCase_X_XXX（），在執行測試案例時首先通過變量TestCase_X_Selected判斷在本次測試時，該測試案例測試人員是否選擇執行，如果TestCase_X_Selected的值為1，則執行該測試案例，否則本次測試時不執行該測試案例。當測試結束時，則通過TestGroupEnd（）函數回到初始狀態。

在測試用例程序中，首先通過TestCaseTitle（）函數描述該測試案例的測試內容。然后根據測試案例的描述，首先調用SeTVMSRunning（）函數使VMS處于正常工作狀態，然后通過調用函數ChkStart_MsgDLC（）開始監測VMS的報文VMSMessage1的DLC，持續監測5min，接下來根據變量gDLCCheckResult的值來判斷測試結果，如果gDLCCheckResult的值為1，則本次測試通過，否則為未通過。

如圖4所示，在測試過程中可以通過CANoe的測試管理界面對整個測試過程進行管理，也可以靈活配置本次測試所要執行的測試項等。

同時，在測試過程中，測試程序能夠實時監控整個測試過程，如圖5所示，動態顯示每個測試用例的執行情況，當前正在執行的測試用例以及每個測試步驟執行時的數據顯示和狀態提示，以便于測試人員實時跟蹤了解測試過程中的情況。

4 測試結果

在每輪測試完成后，測試系統會根據程序已定義的模板自動生成測試報告，包括測試進程中的過程數據，最終判定的結果和結論數據，用于測試人員對測試結果進行分析和統計。

本次測試執行了VMS的報文VMSMessage1的DLC測試，測試報告首先描述了本次測試的內容：1.1.TestCase TC 1：Check DLC of VMS message VMSMessage1：Passed和本次測試的開始時間、結束時間。接下來開始描述本次執行的測試案例的具體內容：第1步，控制電源模塊給VMS系統供電（TestStep1：Power KL15 On）；第2步，使VMS處于正常工作狀態（TestStep2：Set VMS Running Normal）；第3步，開始監測VMS的報文VMSMessage1的DLC。持續監測5min。最后判斷測試結果：VMSMessage1 DLC is True。本次測試通過。

圖4 測試管理界面

圖5 測試過程監控

5 結語

本文基于CANoe和VT System構建了燃料電池汽車整車控制器VMS測試系統，并利用該系統對VMS進行了實際測試。應用表明，利用該測試系統，很好地完成了VMS的測試驗證，發現了諸多產品功能與功能定義的偏差和缺陷，保證了產品開發品質，有效指導了設計工程師以及相關供應商對系統進行修改和完善，保證了系統的開發品質與開發進度，同時也保證了在對整車性能進行測試時，整個系統安全、穩定、高效地運行。

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（編輯 楊景）

Testing System Establishment of VMS for Fuel-cell Vehicle

SONG Jin-ming1，SONG Jin-gang2
（1.SAIC Motor Commercial Vehicle Technology Center，Shanghai 200438；2.Jiangsu Vocational College of Finance&Economics，Huai’an 223003，China）

This article firstly introduces Vehicle Management System（VMS）of fuel-cell vehicles，the overall hardware architecture，the VT system’s I／O signal modules which are the core of hardware module and the development platform of CANoe which is the core of software module of the testing system.Then the hardware design，operating principles and test software design of the testing system of VMS based on CANoe and VT System are introduced in detail.Focused on the test cases of“message DLC the vehicle（data bytes）”，the software design and part of testing program code are provided，and test results show that the system is effective.

VMS；CANoe；VT System；test system

U463.6

：A

1003－8639（2016）12－0060－04

2016-10-08；

2016-10-28

淮安市科技支撐計劃應用研究與科技攻關（工業）項目（HAG2014038）

宋錦明（1978-），男，江蘇淮安人，工程師，碩士，主要從事汽車車載網絡和故障診斷方面的工作。