DCT電控系統硬件在環自動化測試平臺研究與應用

陳志新 曲白雪 張榮輝 孫名揚 鄭巖

（中國第一汽車股份有限公司技術中心，長春 130011）

DCT電控系統硬件在環自動化測試平臺研究與應用

陳志新 曲白雪 張榮輝 孫名揚 鄭巖

（中國第一汽車股份有限公司技術中心，長春 130011）

搭建了雙離合器自動變速器（DCT）控制器的硬件在環測試平臺，結合實際項目對自動化測試過程進行說明，利用模塊化的測試庫快速搭建邏輯測試序列，采用參數化設計實現測試序列的重用，通過編寫腳本實現Excel和Automation?Desk的交互，使自動測試結果更直觀。結合故障注入中的應用實例，驗證了自動化測試的效果，表明該平臺能夠在項目開發中快速、有效地驗證DCT控制策略，提高控制軟件的質量。

1 前言

隨著汽車控制系統的功能不斷增加，汽車控制技術也變得越來越復雜。硬件在環（Hardware In Loop,HIL）測試作為一種先進的仿真技術，已廣泛應用于自動變速器控制系統的開發。在雙離合器自動變速器（Dual Clutch Transmission，DCT）電控系統開發過程中，采用硬件在環測試技術可以快速有效地開發、驗證和優化控制策略，對故障處理策略進行驗證，減少實車路試的次數，提高DCT電控系統的可靠性[1]。

目前，關于DCT電控系統的HIL仿真測試的研究主要集中于對DCT控制策略的仿真驗證和硬件在環平臺的搭建。然而，在DCT開發過程中，軟件版本的不斷更新導致重復測試的工作量大，難以滿足快速開發的需求，采用自動化測試具有準確可靠、一致性和復用性好等優點，能夠大大提高測試效率[2～3]。

本文介紹了在DCT電控系統開發過程中，基于硬件在環測試系統的自動化測試平臺的研究與應用，提出了一種參數化設計測試序列的自動測試方法，實現了對DCT控制策略的快速驗證。

2 硬件在環測試

2.1 硬件在環測試系統

本文使用的硬件在環測試系統由整車系統模型、dSPACE硬件、PC機的ControlDesk控制平臺、監控工具CANape、被測控制器TCU組成，如圖1所示。

圖1 硬件在環測試系統示意

基于MATLAB/Simulink建立車輛仿真模型，模擬車輛在被測控制器TCU控制下的運行情況，包含發動機模型、傳動系統模型、車輛動力學模型、駕駛員和道路模型，其中，車輛的傳動系統模型為TCU控制策略的測試提供了仿真平臺。

dSPACE系統與MATLAB/Simulink進行無縫連接，利用實時代碼生成工具箱（Real-Time Workshop,RTW）模塊實現代碼的快速生成和下載，利用實時接口（Real-Time Interface,RTI）模塊實現車輛仿真模型與dSPACE接口之間的連接。dSPACE系統通過硬件接口輸出TCU所需的傳感器信號，接收和采集TCU發出的執行器信號。CANape從TCU讀取信息，實時監控硬件在環測試系統。基于ControlDesk軟件開發了試驗界面，如圖2所示，用于控制和實時觀測車輛模型實時仿真，基于AutomationDesk軟件實現自動化的硬件在環測試[4～5]。

圖2 ControlDesk試驗界面

2.2 測試用例的設計

DCT電控系統的硬件在環測試需根據軟件需求文檔和設計說明來分析測試需求。測試內容主要包括傳感器、執行器和網絡通訊等信號接口測試，換擋、爬行、起步等基本功能靜態測試，正常擋位切換動態測試，濫用操作，故障注入靜態測試，故障注入動態測試等。

具體的測試用例采用等價類劃分方法、邊界值分析方法、錯誤推測方法等測試技術進行設計，每條測試用例應包括測試用例ID、測試點名稱、測試用例、重要級別、預置條件、操作步驟、預期結果。其中，測試用例設計應詳細描述各測試用例的測試動作，以及各測試動作執行后所期望的測試結果[6～7]。

2.3 硬件在環測試過程

在AutomationDesk測試軟件中，按照測試用例的預置條件和操作步驟編寫測試序列，與ControlDesk控制平臺共同實現對車輛仿真模型的實時控制，模擬測試動作執行，同時調用CANape采集TCU數據，編寫測試腳本，根據采集到的數據自動判斷實際測試結果與預期結果是否一致，硬件在環系統測試原理如圖3所示。

圖3 硬件在環系統測試原理示意

3 自動化測試

3.1 自動化測試的實現

加速升擋是DCT的重要功能之一，由于測試過程相似，本文以DCT控制系統加速升擋功能的測試為例說明自動化測試的實現過程[8～10]。

DCT電控系統的加速升擋功能即為駕駛員踩下油門踏板加速時，根據當前車速和油門踏板開度選擇合適擋位，能夠實現自動升擋，加速升擋功能測試用例如表1所示。

表1 加速升擋功能的測試用例

DCT硬件在環自動化測試引入邏輯測試用例概念，在AutomationDesk搭建加速升擋邏輯測試序列，進行參數化設計，通過Excel導入具體測試用例的測試參數，通過Excel調用測試腳本，自動執行測試用例，生成測試報告。

加速升擋功能的邏輯測試序列主要分為3部分，如圖4所示。測試序列初始化（TestInit）實現用例文檔中的預置條件，包括系統上電、啟動發動機、踩制動踏板、掛P擋、連接CANape，已形成專用測試庫，不需更改；測試部分（TestCase）實現具體的測試內容，包括操作步驟、結果判斷；測試序列清除（TestCleanUp）實現測試環境的恢復，包括斷開CANape連接、踩制動踏板、掛P擋、發動機熄火、系統斷電，已形成專用測試庫，不需更改。

圖4 邏輯測試序列結構

其中，測試部分為邏輯測試序列的核心內容，在AutomationDesk中運用Python腳本和圖形化的測試模塊庫進行搭建，具體步驟為：CANape數據采集；掛D擋；踩油門，等待當前擋位為操作步驟所需擋位；踩油門，等待目標擋位；等待換擋完成；結束數據采集；按預期結果對采集數據進行判斷；在自動測試報告中增加數據曲線。上述每個步驟所對應模塊都可在DCT專用自動測試庫中找到，直接拖拽即可完成自動測試序列搭建，大大縮減了搭建時間。

邏輯測試序列搭建完成后，設置加速升擋功能的測試參數：控制車輛運行狀態的測試參數，包括AM模式（AMmode）、當前擋位（CurGear）、目標擋位（TgtGear）、油門開度（Pedal）；結果判斷的測試參數，用于結果判斷的變量（TransName）和數值變化范圍（TransVal）；為便于測試用例和Excel測試參數的對應，還增加了測試用例ID（TestID）。測試參數設置如表2所示。通過參數化設計，此邏輯測試序列可實現不同油門開度、不同擋位的加油升擋測試。

表2 加速升擋功能測試參數設置表

測試執行過程可自動進行，通過編寫腳本實現Excel自動調用AutomationDesk，在Excel中設置測試參數后，可以自動寫入已搭建的邏輯測試序列中，測試執行完畢后將測試結果返回Excel，如表2所示，并可鏈接和查看自動生成的測試報告。

3.2 自動化測試的執行結果

對自動模式4擋升5擋進行測試，即執行表2中的測試用例ID2，可以自動對測試結果進行判斷，換擋方式（ScoShiftKind=2）為動力升擋，換擋類型（ScoShift?Class=26）為動力4擋升5擋，如表3所示。

表3 加速升擋功能測試結果判斷

測試過程中的數據采集曲線如圖5所示。4擋升5擋的過程為：奇數軸掛入5擋；離合器充油；扭矩交換；對發動機進行調速。由圖5可以看出，4擋升5擋功能正常實現。

圖5 加速升擋功能測試曲線

3.3 自動化測試的可維護性

自動化測試平臺的搭建過程中已逐漸形成了DCT自動測試專用庫，針對DCT的測試需求進行編寫，覆蓋了DCT測試所需的各種操作，利用Python腳本和AutomationDesk自身的模塊庫實現，如手柄操作、數據采集、預期結果的判斷模塊等，測試序列搭建時僅需添加所需模塊即可。

利用Excel設置測試參數，使測試更加直觀，可讀性較好。在Excel中針對每組測試和每條測試都可配置是否執行和執行次數，便于自動測試的管理。同時，通過測試用例ID的對應可方便地對測試進行追蹤和維護，在測試需求變更時，針對一組測試用例，僅需修改邏輯測試用例，大大縮減了維護測試用例所需的時間。

基于本文所述的DCT電控系統自動化測試平臺，可匹配不同平臺的DCT電控系統，基本的信號接口測試如傳感器、執行器功能測試，加速升擋功能測試，減速降擋功能測試，故障處理測試等都可直接復用和移植，在已有的邏輯測試用例和Excel測試參數基礎上進行修改，大大降低了測試用例復用的工作量。

4 自動化測試在故障注入中的應用

故障注入測試是驗證DCT電控系統安全性的重要手段，使用人工手段進行故障注入測試的成本高，重復工作量非常大，采用本文所述的硬件在環自動化測試平臺可以快速、有效地完成大量的故障注入測試，以脫擋故障注入測試為例進行說明。

為測試DCT電控系統對脫擋故障的處理策略，設計了在換擋過程中各個階段脫擋的測試用例，首先搭建邏輯測試用例，在目標擋位給出后，等待一定時間（Wait?Time），設定撥叉位置為一定值（ForkPosition），即注入脫擋故障，其中WaitTime和ForkPosition為測試參數，重用這一邏輯測試序列，設置不同的測試參數，即可快速完成換擋過程中各階段發生脫擋時故障處理策略的測試。

測試中發現，在扭矩交換過程中發生脫擋時，發動機轉速不受控，可能發生超速，如圖6所示。

圖6 脫擋故障時出現問題的測試結果

經過分析，發現在扭矩交換過程中發生脫擋時，會立刻分離奇、偶離合器，但沒有考慮到對發動機進行扭矩限制。更改后進行回歸測試，測試曲線如圖7所示，發生脫擋后，在分離離合器的同時立即對發動機進行限扭，避免了發動機超速的可能。

圖7 脫擋故障處理更改后的測試結果

5 結論

本文所述的自動化測試平臺能夠快速搭建測試序列，操作簡單靈活，通過編寫測試腳本實現Excel和AutomationDesk交互，使自動測試更直觀，能夠有效地對測試質量進行評估。利用Excel進行測試管理，可在無人干預的情況下自動執行一系列測試用例。引入邏輯測試序列，采用參數化設計，實現了測試用例的重用，減少了測試用例的實際開發量，也降低了不同DCT軟件平臺的測試復用工作量，大大降低了測試成本。

1 趙治國，刁威振，王琪，等.干式DCT控制系統硬件在環仿真試驗臺開發.汽車工程，2012，34（11）：1024～1032.

2 孫賢安，吳光強，姜超，等.人-車-路閉環系統中的雙離合器式自動變速器車輛換擋規律.汽車技術，2014（7）：18～23.

3 姜超，焦偉，易飛.DCT硬件在環仿真系統平臺設計.上海汽車，2010（10）：23～26.

4 馬培蓓，吳進華，紀軍，等.dSPACE實時仿真平臺軟件環境及應用.系統仿真學報，2004，16（4）：667～670.

5 俞志華，喬婷，付金勇，等.基于dSPACE的汽車座椅記憶模塊自動化測試平臺.中國汽車工程學會年會，上海，2015.

6 黃永逸，馬增輝，鄭韓麟，等.汽油機ECU HIL自動化測試的實現.中國汽車工程學會年會，上海，2014.

7 宋長營，李大明，王欣偉.電控系統HIL自動測試平臺開發與研究.內燃機與動力裝置，2015，32（1）：70～73.

8 葉婷，劉瑩，鄭韓麟.一種車身控制器HIL自動化測試的實現方法.中國汽車工程學會年會，上海，2015.

9 田真，黃小楓，李志成，等.整車控制器硬件在環測試流程及測試用例庫設計.汽車工程學報，2014，4（3）：207～212.

10 溫劍鋒，陳朋，王云鵬，等.復用技術在鐵路軟件測試的應用研究.中國智能交通年會，廣州，2014.

（責任編輯 斛 畔）

修改稿收到日期為2017年3月20日。

Research and Application of HIL Automatic Test Platform for DCT Control System

Chen Zhixin,Qu Baixue,Zhang Ronghui,Sun Mingyang,Zheng Yan
（China FAW Corporation Limited R&D Center,Changchun 130011）

The Hardware-In-Loop(HIL)test platform of the Dual Clutch Transmission(DCT)controller was built.In combination of practical program to interpret the automatic test process,and using modular test library to rapidly establish logic test sequence,and by using parameterized design to realize reusing of test sequence,through writing script to realize interaction of Excel and AutomationDesk,which makes the automatic test results more intuitive.In combination of practical example injected with faults,the effect of automatic test was verified,which show that the platform can rapidly and effectively verify DCT control strategy in project development,and improve quality of control software.

HIL,DCT,Automatic test

硬件在環 DCT 自動化測試

U467.5+2

A

1000-3703（2017）07-0001-04