基于VT測試系統的設計與研究

李志濤

（長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

隨著汽車技術的高速發展，人們對于車輛的安全性、舒適性、節能和環保、智能化的要求日益增加，汽車電子控制單元的數量越來越多，電子電器的功能越來越復雜。汽車上大量電子電器系統的集成使用，導致潛在錯誤源的數量急劇增加，因此汽車電子電器系統出現故障在常見的汽車故障中的概率也最高［1］。由此，對電子電器功能測試更加重要。本文探討了應用CANoe軟件實現總線、信號仿真，通過VT System和CANoe中的編程語言CAPL分別實現硬件和軟件的設計，開發基于VT的測試系統，同時匹配實車電器功能測試臺架，從而使電器功能測試覆蓋度更高、測試深度提升、靈活性更好，以達成電器功能的測試需求。

1 測試需求分析

本系統是基于長城汽車某車型電器平臺而搭建的測試系統，該車型總線拓撲包含34個ECU，各ECU分別分布在3條高速子網上，不同子網上的ECU信息交互通過網關（GW）路由。如圖1所示。

由圖1可見，該車型具有配置較高、功能交互緊密、系統集成復雜等特點。針對整車電器功能集成測試，在整車電器功能臺架測試階段，需要一種能夠監控各模塊信號信息，同時又能仿真模擬多種信號的測試系統，用于實現以下測試需求：①車身系統功能測試，影音娛樂系統功能測試，動力、底盤系統信號接口功能測試；②總線物理層測試，總線數據鏈路層測試，總線網絡管理層測試；③總線診斷協議測試，各控制器診斷功能測試；④網關路由、功能測試；⑤電源啟停行為測試、電壓測試、靜態電流測試、電源管理測試；⑥硬線信號測試。

圖1 總線拓撲示意圖

為滿足以上測試需求，采用基于VT硬件系統的設計，開發測試系統。Vector System（以下簡稱VT系統）是德國Vector Informatik公司針對車載總線網絡研發的一款功能測試工具。VT系統作為一個車身電氣的通用測試平臺，可實現對單個控制器節點的測試以及網絡系統集成的集成測試。該測試系統的主要軟硬件均采用德國Vector公司的測試工具，軟件使用CANoe，主要用來模擬與ECU通信相關的數據環境，提供被測ECU需要輸入的總線、硬線信號，并通過VT系統硬件發送仿真信息與監測被測ECU的狀態信息。

基于VT硬件的測試系統，與整車電器功能測試臺架匹配使用。整車測試臺架布置整車真實線束、ECU控制器、執行器、傳感器等部件，整車測試臺架搭建完成后，應用線束進行測試系統與整車測試臺架的接口連接、調試，完成測試系統與整車測試臺架的匹配。通過測試系統總線、硬線信號仿真、模擬、監控功能，依據設計的測試用例［2］，由測試人員執行測試，開展整車電器臺架的相應測試工作。測試系統主要由VT硬件系統及軟件系統組成，如圖2所示。

圖2 VT測試系統

2 測試系統硬件設計

測試系統硬件由測試系統機柜、供電模塊、實時處理器板卡VT6051A、通信板卡VT6204、I/O板卡VT2516、VT系統的激勵模塊VT2004A、VT系統的底板VT8012、傳感器仿真板卡VT2710等組成。

2.1 測試機柜

測試機柜用于安裝集成各硬件模塊及附件，進口定制機柜Schroff 25U，包含定制的機箱插槽、面板和菲尼克斯連接器附件等。

2.2 供電模塊

供電模塊采用Vector 12 V恒定電壓的電源模塊，該模塊的尺寸和形狀使其能夠與VT系統組件兼容，用于VT系統的供電。

2.3 實時處理器板卡

為保證測試執行的實時性，采用VT實時處理板卡VT6051A，運行實時操作系統，實現對VT板卡的管理和數據交互。其基本特性如下：①主頻2.5 GHz，4 G RAM；②采用Intel i7 DualCore處理器。

2.4 通信板卡

總線通信仿真基于VT6204實現，VT6204具有4通道高性能CAN/LIN及FlexRay通信接口，具有如下特性。

1）獨立4通道通信接口，每通道可通過Piggy模塊配置為CAN或LIN接口，支持CAN-FD。

2）通過VT系統實現通信接口的硬件同步，并提供同步接口。

3）每通道都可通過繼電器實現斷路、線間短路和對搭鐵對電源短路電氣故障。

4）通過RLCpiggy模塊實現電阻、電容和電感的配置， 用戶可以根據自己的獨特需求來焊接相應的電阻、電感、電容，板卡的技術參數并沒有限制電阻、電容、電感的配置數值范圍，用戶可以根據實際需求進行焊接配置。

5）終端電阻可配置。這里的終端電阻指的是總線的終端電阻，可配置指的不是終端電阻值的大小，而是是否連接終端電阻。板卡內部帶有一個120Ω的終端電阻，通過繼電器控制，用戶可以根據自己的需求來決定是否將該電阻連接到總線上。

6）接收和發送的總線負載可達100%。

2.5 數字I/O板卡

為實現基本邏輯功能測試以及ECU數字型輸入通道的門限有效電壓測試，對數字I/O輸出通道可以仿真開關型、脈沖型信號，且數字信號的門限電平可以設置。采用數字I/O板卡VT2516，其具有16路復合功能的采集通道，每通道特性如下。

1）開關信號仿真：可通過電阻配置為上拉或下拉型開關信號，電壓范圍0～25V。

2）PWM信號仿真：頻率范圍為15 mHz～25 MHz，可仿真車速等信號。

3） 數字信號采集：可設置門限電壓（0～25 V）采集開關信號，可采集PWM信號頻率（15 mHz～25 MHz）和占空比。

4）電壓信號采集：采集范圍-40～40V。

5）故障仿真：可產生對搭鐵以及電源短路故障。

2.6 激勵模塊

此方案采用任意信號發生板卡VT2004A實現，其具有4路復合功能通道，每通道的特性如下。

1）電壓模擬量仿真：電壓輸出范圍0～27 V，仿真精度0.5%。

2）電位計信號仿真：電位計參考電壓輸入范圍為0～20 V，輸入阻抗5 kΩ，可仿真節氣門開度傳感器等。

3）電阻信號仿真：1～3通道電阻仿真范圍為10Ω～10 kΩ（即10～100Ω精度為2Ω；100Ω～10 kΩ精度為2%；10～150 kΩ精度為10%），4通道電阻仿真范圍1～250 kΩ（即1～100Ω精度為2Ω； 100Ω～250 kΩ精度為2%）。

4）PWM信號仿真：頻率范圍0.1 Hz～25 kHz，可用于發動機轉速傳感器、凸輪軸信號等仿真。

5）故障仿真：可產生對搭鐵以及電源短路故障。

2.7 傳感器仿真模塊

傳感器仿真模塊采用VT2710板卡，具有10通道，可滿足如下信號的仿真功能：①4通道可配置的PSI5和SENT通道；②2通道的SPI；③2通道UART/RS232/RS422/RS485；④2通道I2C；⑤可額外提供2通道LVDS。

同時，針對PSI5和SENT通道，VT2710板卡具有如下的電氣特性：①傳感器供電可達25 V/200 mA；②可產生PSI5的同步脈沖，且電壓、時隙、保持時間可調；③電流模塊信號可調，高低電流速率可達200 kBit/s；④可產生短路PSI5和SENT信號的短路故障；⑤可仿真各種阻性和容性負載。

2.8 VT系統底板

系統底板VT8012用于連接VT模塊和工控機，該底板最多可插12個VT模塊，同時為VT模塊電源接口。

3 測試系統軟件設計

測試系統軟件CANoe用于實現VT硬件的配置、硬線和總線仿真信號管理、測試數據監控等功能，同時針對PSI5等特殊傳感器仿真，應用CANoe.Option sensor 功能實現對傳感器仿真信號的配置。通過CANoe配置其測試環境，搭建虛擬節點［3］和測試程序，每個虛擬節點通過CAPL［4］實現信號、報文仿真，發送。

3.1 測試軟件

測試管理軟件基于CANoe，實現以下相關的功能需求。

1）硬件配置：CANoe提供圖形化的硬件配置功能，實現對VT各板卡的屬性配置及板卡控制。

2）網絡環境配置：創建網絡通信和網絡管理環境，配置網絡中需檢測和記錄報文及數據和記錄報文及數據，如報文時間間隔，預定義的信息等，并可定義針對特定事件的動作及交互信息。

3）可記錄測試過程的總線報文，導出記錄文件，并可回放記錄文件，測試監控及數據記錄。

4）CANoe提供Panel功能，可實現數據監測及測試參數修改，針對該系統的監控功能包括：①控制信號的仿真，如電源上電、電壓控制、車速、發動機轉速等參數設置；②狀態監控，通過報文或硬線監控被測控制器的狀態反饋，如電流消耗、故障狀態等；③同步跟蹤和記錄所配置的報文及數據。

3.2 傳感器仿真軟件

傳感器仿真軟件基于CANoe.Option.Sensor。CANoe.Option. Sensor主要用于ECU連接的數字傳感器的分析、測試和仿真，需在CANoe軟件環境中使用，使用時需要VT2710（特殊傳感器仿真板卡）作為網絡接口，是VT2710所對應的配置軟件。主要應用領域有動力、安全、舒適領域，比如壓力傳感器、空氣流量傳感器、加速度傳感器、雨量傳感器、空氣質量傳感器、溫度傳感器等。

3.3 測試程序設計

測試程序的開發主要包括測試腳本和人機交互［5］2部分。

1）測試系統的測試程序主要通過CAPL語言實現，可以對虛擬的控制系統進行編程。①CAPL語言基于事件觸發的程序，可由總線事件、時間事件、鍵盤事件觸發，同時可直接調用CANoe中的系統函數，完成仿真報文開發，如動力、底盤等相關報文與測試相關的必要報文實現與車身交互；②硬件I/O仿真控制，如溫度、燃油傳感器、巡航開關等信號仿真；③總線硬件故障仿真控制，如短路、斷路故障硬件的仿真控制及節點丟失軟故障；④仿真模型設計，如通過典型周期報文檢測節點的在線、掉線狀態。建立車身域、動力域、底盤域交互功能的定性模型，如來自車身電源狀態信號對車速報文的影響，交互功能的信號設計。測試腳本語言如圖3所示。

圖3 測試腳本

2）人機交互界面設計通過Pannel Designer開發，實現測試操作與軟件程序的關聯。Pannel中包含總線、硬線信號相應設置與監測窗口，如圖4所示。

圖4 人機交互界面

4 測試過程

測試系統連接整車測試臺架，系統的硬件和軟件配置完成后，在上位機上設置CANoe的測試環境，打開人機界面Pannel面板，依據測試用例要求，配置需仿真的總線信號、硬線信號或傳感器信號，發送至整車測試臺架上的被測系統，構建系統的測試環境，應用CANoe的數據采集功能，監測關注的信號，查看被測對象信號的邏輯響應與功能行為。通過對被測對象信號與行為的分析，判斷是否與預期結果一致，達成功能測試目標。如以測試儀表的擋位顯示功能為例，首先將測試系統與整車臺架上電、配置完成，然后在上位機CANoe軟件中配置仿真信息，仿真變速器控制單元發送的所有總線報文信息，在人機交互界面上更改擋位信號值，依據測試用例要求執行測試步驟，查看測試的預期結果。

同時，可應用測試系統的仿真測試功能，完成對整車測試臺架的總線物理層測試、通信測試、診斷測試、網關路由測試、硬線信號測試、相關電性能測試等。

5 結束語

本系統是基于Vector VT硬件與軟件的測試系統。VT硬件系統可提供各ECU所需的硬線和CAN總線信號，并能對ECU發送信號進行采集，應用上位機軟件CANoe完成仿真信號設計與軟硬件環境配置，連接整車電器功能測試臺架，實現了整車臺架總線、功能測試與相應電氣特性測量，使臺架測試的覆蓋度與精度更高，對臺架功能測試具有重要的意義。

參考文獻：

［1］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.

［2］李志濤.功能測試用例設計的研究與分析［J］.汽車電器，2015（12）：57-60.

［3］潘俊家，楊芝華，龔進峰，等.CAN總線網絡自動化測試平臺應用［J］.交通信息與安全，2013，31（3）：114-117.

［4］ Vector.CANoe_Manual_EN（Version 7.2）［M］.Germany：Vector Informatik GmbH.

［5］ 董士海，王衡.人機交互［M］.北京：北京大學出版社，2004.