基于HIL的汽車電氣功能測試系統設計

劉德利，谷原野，節忠海，高洪偉

（一汽轎車股份有限公司，吉林長春 130012）

基于HIL的汽車電氣功能測試系統設計

劉德利，谷原野，節忠海，高洪偉

（一汽轎車股份有限公司，吉林長春 130012）

提出了一種用于汽車電氣功能測試的硬件在環測試系統（HIL），全面介紹HIL硬件和軟件設計方案，闡述測試執行和測試效果。

電氣功能測試；硬件在環；電子控制單元

傳統的人工測試無法滿足日益復雜的電氣功能測試需求，已經提出硬件在環（Hardware-in-the-Loop，HIL）測試系統，主要包括發動機控制單元功能測試［1］、車身控制系統總線測試［2-3］、自動變速器控制系統功能測試［4］等。本文提出一種用于汽車電氣功能測試的硬件在環測試系統，優勢在于可實現單一控制單元電氣功能測試，并能實現多個控制單元之間交互的電氣功能（整車系統集成電氣功能）測試。此外，該系統能夠實現汽車電子控制單元外圍電路的真實與虛擬的靈活切換，使被測控制單元能夠擺脫外圍器件開發進度的限制，在設計初期進行充分設計方案驗證，既縮短了開發周期，又降低了開發成本。

1 HIL的硬件設計方案

HIL由主機柜、負載柜和測試臺架組成［5-6］。主機柜是HIL的控制核心，主要由工控機、實時操作系統和電源等組成。負載柜主要負責負載模擬、信號調理、信號接口處理，負載柜由負載板卡和總線板卡組成，負載柜通過連接器與測試臺架的電子控制單元和真實負載相連接。HIL硬件結構連接關系如圖1所示。

圖1 HIL硬件結構示意圖

1.1 總線板卡的工作原理

總線板卡主要由總線測量和模擬模塊、切換電路、總線通道構成。其中總線測量和模擬模塊負責完成CAN總線匹配電阻接入、總線故障注入以及CAN、LIN總線信號模擬等功能；切換電路完成CAN、LIN總線輸入輸出切換；總線通道用于連接控制單元總線信號。總線板卡的工作原理如圖2所示。

圖2 總線板卡的原理圖

1.2 負載板卡的工作原理

負載板卡主要由電壓采集電路、電流采集電路、信號處理電路、模數轉換電路、數字信號處理單元、電壓輸出電路、電流輸出電路、PWM輸出電路構成。主要負責采集電流、電壓、PWM信號和模擬電流輸出、電壓輸出、PWM信號輸出。負載板卡的工作原理如圖3所示。

圖3 負載板卡原理圖

1.3 測試臺架的構成及功能

測試臺架構成如圖4所示。測試臺架主要負責將測試需要的電子控制單元ECU、傳感器、執行器和開關等元器件按照實際線束連接關系進行連接，并將對應的板卡與需要測量的元器件相連接。該測試臺架的優勢在于能夠實現同一車型的多種配置靈活切換，可減少臺架搭建數量，節約成本，提高測試臺架的通用性。

圖4 測試臺架構成圖

2 HIL的軟件設計方案

HIL的軟件主要包括上位機軟件和實時操作系統軟件［7-9］。上位機軟件與實時操作系統通過光纖介質進行數據傳輸。其中上位機軟件是基于Visual Studio開發環境開發，主要功能包括人機界面顯示、控制單元引腳映射管理、測試用例加載、測試計劃管理、用戶輸入命令處理、測試任務執行、測試過程顯示、測試報告生成等功能。實時操作系統軟件是基于NI軟件LabView RT系統開發的，它主要功能是接收上位機下發的動作執行指令，同時采集相關數據發送給上位機，由上位機顯示采集到的數據。HIL軟件架構如圖5所示。

圖5 HIL軟件架構圖

3 HIL的測試執行及測試效果

3.1 HIL具體測試流程

通過應用程序登陸，在主窗口的菜單中進行車型平臺選擇，并根據測試需求選擇相應的測試用例進而生成測試序列。點擊開始按鈕進行測試，測試程序對測試數據進行處理和分析，得出測試結果并根據設定的模板生成測試報告，如圖6所示。

圖6 測試執行流程圖

3.2 HIL的測試效果

1）該系統能夠實現任意車身電子控制單元（輸入和輸出為電流、電壓和PWM信號）的功能測試。

2）該系統既能進行單個車身電子控制單元的功能測試，又能實現多個車身電子控制單元的系統集成電氣功能測試。

3）該系統通過設置總線板卡和負載板卡，實現汽車電子控制單元外圍電路的真實與虛擬的靈活切換。例如極限測試環境，車速為120km／h，儀表超速報警功能，利用總線測試板卡模擬車速信號發送給儀表，即可實現該功能測試。

4）該系統通過對測試臺架不同電子控制單元的配置，實現一個測試臺架完成對該車型不同配置的功能測試，降低測試臺架的搭建成本。

4 結論

本文闡述了HIL的硬件和軟件設計方案，其應用于汽車功能測試，很好地解決了傳統人工測試的缺點。該HIL具有測試覆蓋度高、可重復性強、測試周期短和測試結果一致性高等優點。為HIL在汽車電氣功能測試中的廣泛應用提供了一定的依據和參考。

［1］楊志強.發動機硬件在環仿真試驗臺搭建［J］.汽車工程師，2011（3）：29-31.

［2］韓江洪，劉磊，衛星，等.總線型車身控制系統硬件在環測試的研究［J］.汽車工程，2012，34（8）：696-700.

［3］翟琰，劉磊，張建軍，等.車身總線控制系統硬件在環仿真設計［J］.合肥工業大學學報（自然科學版），2012，35（5）：621-624.

［4］李君，謝先平，梅近仁，等.基于HiL實時聯合仿真自動變速器控制系統TCU快速開發研究［J］.汽車技術，2010（11）：7-12

［5］王熠，何洪文，張穎琦，等.基于CAN網絡的混合動力汽車硬件在環仿真平臺［J］.北京理工大學學報，2011，31（5）：524-527.

［6］崔海峰，劉擁軍，趙向東，等.基于硬件在環仿真的汽車制動控制器測試系統［J］.上海汽車，2010（8）：14-17.

［7］胡朝峰.汽車電子電器硬件在環仿真實驗系統的研究［J］.汽車電器，2010（6）：50-52.

［8］楊志強.電動助力系統硬件在環試驗臺設計［J］.汽車工程師，2010（8）：37-39.

［9］張永生，謝靜思，張浩.一種混合動力電動汽車部件在環仿真測試系統設計方案［J］.汽車工程學報，2012，2（5）：322-326.

（編輯心翔）

Vehicle Electrical Function Test Design Based on Hardware-In-The-Loop System

LIU De-li，GU Yuan-ye，JIE Zhong-hai，GAO Hong-wei
（First Automobile Works Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

In this article，Hardware-in-the-loop（HIL）system designed for vehicle electrical function test is presented.Then a comprehensive introduction of hardware and software design scheme for HIL system is given. Finally，the test execution and result is demonstrated.

electrical function test；hardware-in-the-loop；ECU

U463.6

A

1003－8639（2017）01－0058－02

2016-05-31

劉德利（1987-），男，吉林長嶺人，工程師，碩士，主要工作方向為電氣功能測試硬件在環測試系統的設計與應用、整車電氣功能測試等；谷原野（1984-），男，吉林乾安人，工程師，碩士，主要工作方向為電氣功能測試硬件在環測試系統的設計與應用、整車電氣功能測試等；節忠海（1982-），男，黑龍江海倫人，工程師，碩士，主要工作方向為電氣功能測試硬件在環測試系統的設計與應用、整車電氣功能測試等；高洪偉（1982-），男，黑龍江大慶人，高級工程師，博士，主要工作方向為電氣架構設計、車載網絡開發、電氣集成測試等。