車身域控制器通用測試系統的設計與研究

李治民 林杰 張東波 李俊儒 劉臣園

（中國第一汽車股份有限公司 智能網聯開發院，長春 130013）

主題詞：車身域控制器 硬件在環 自動化測試

1 前言

隨著汽車芯片計算能力的提升，域控制器逐步成為汽車電子行業的研究熱點[1]。相比于分布式架構，即不同的電子電氣功能放在不同的電控系統上，域控制器更加專注于系統方案和軟件集成控制，有效克服了分布式架構中嵌入式軟件和底層驅動交互不一致和冗余的缺點[2-4]。車身域控制器集成了車身電子的所有基礎驅動，整合了鑰匙、燈、車門、車窗等電控系統的功能，規避了控制器之間通訊不一致帶來的風險。

硬件在環（HIL）測試技術，又叫半實物仿真測試技術，可完成設計初期時域控制器的錯誤和缺陷等驗證工作[5]。HIL測試設備是一個閉環測試系統，通過仿真模型和實時硬件系統仿真控制器所需要的輸入輸出信號[6-7]。硬件在環測試技術無需真實車輛，允許開發和測試交叉進行，有效地減少了車型開發周期，同時能夠實現自動化測試，節約了人力和時間成本[8]。

2 測試系統總體方案設計

本車身域控制器通用測試系統基于硬件在環技術開發，控制器的輸入、輸出信號均采用虛擬仿真方案，可完成各種復雜極端工況下控制器的功能測試和故障注入測試。系統在軟件和硬件上配置了豐富的電氣接口，實現了不同車型車身域控制器的快速切換，極大縮短了設備改造周期。同時，系統設計了自動化測試管理系統，可達到24小時無人值守連續運行，自動生成測試報告和日志，節省人力和時間成本。

測試系統總體分為上位機系統、HIL仿真系統和車身域控制器測試裝置等三個部分。將車身域控制器接入該測試系統后，測試人員通過操作上位機系統控制HIL仿真系統模擬車身域控制器所需要的開關、傳感器、總線等輸入信號；同時，HIL仿真系統可實時監測車身域控制器的輸出信號以及測試裝置中仿真負載的運行狀態，如圖1所示。

圖1 通用測試系統原理

3 測試系統軟件和硬件方案設計

3.1 上位機系統方案設計

上位機系統包括4個子系統，分別為虛擬儀表系統、故障注入系統、自動化測試系統和測試管理系統，見圖2。

圖2 自動化測試流程

3.1.1 虛擬儀表系統

虛擬儀表系統是利用NI公司Veristand軟件設計的上位機界面，是車身域控制器功能測試的可視化操作界面。通過操作虛擬儀表界面上的按鍵，可控制HIL仿真系統模擬控制器所需的各種開關、傳感器等輸入信號，同時實時顯示HIL仿真系統采集的車身域控制器的輸出信號和測試裝置中仿真負載的狀態信號。

3.1.2 故障注入系統

故障注入系統是車身域控制器故障注入測試的可視化操作界面，通過串口協議和HIL仿真系統交互，用于制造控制器輸入、輸出信號短路、過流、開路等電氣故障。配合自動化測試系統，可實現故障注入功能的自動化測試。

3.1.3 自動化測試系統

自動化測試系統用于實現車身域控制器的邏輯功能和故障注入的自動化測試，主要包括：序列庫、動作庫、用例庫和評價庫。

為了提高自動化測試序列的通用性，自動化測試序列和HIL仿真系統中的仿真模型采用映射文件連接，降低了耦合程度。

動作庫采用圖形化語言設計，用于編寫自動化序列中的功能模塊；評價庫內嵌Python語言，用于編寫復雜邏輯功能的檢測腳本；用例庫用于連接動作模塊和評價模塊，搭建各種用戶場景測試用例；序列庫用于創建和執行自動化測試序列，負責傳遞參數。

3.1.4 測試管理系統

測試管理系統用于管理整個測試流程，包括：計劃管理、缺陷管理、報告管理和序列管理。

用例管理用于傳遞測試用例參數，實現測試用例最大化復用；計劃管理用于管理不同車型的測試任務，傳遞自動化序列參數；缺陷管理用于管理不同車型的測試問題版本，記錄試驗問題的整個處理過程；報告管理用于管理不同車型測試任務的測試報告，避免測試人員重復工作。

3.2 HIL仿真系統

HIL仿真系統包括實時處理器、I/O板卡、CAN通訊板卡、LIN通訊板卡、故障注入板卡和信號調理板卡，見圖3。

圖3 HIL仿真系統設計方案

實時處理器中加載MATLAB編寫的仿真模型，用于實時響應上位機的操作指令以及控制I/O板卡。I/O板卡用于模擬和采集被測控制器的各種輸入和輸出信號，包括數字I/O板卡、模擬I/O板卡等。CAN通訊板卡用于模擬和接收CAN網絡通訊信號。LIN通訊板卡用于模擬和接收LIN網絡通訊信號。信號調理板卡用于將I/O板卡和被測控制器之間的電平轉換，同時也起到保護和隔離作用。故障注入板卡用于仿真控制器輸入、輸出信號的過流、短路、開路等電氣故障。其中，仿真模型包括：車輛模型，用于仿真車輛中傳感器、執行器等復雜時序邏輯信號；I/O模型，用于仿真車輛中開關、控制等簡單邏輯信號；虛擬控制器模型，用于仿真和控制器交互的其他控制器。

3.3 車身域控制器測試裝置

為了滿足不同車身域控制器的快速切換和復雜外部接口的測試需求，測試裝置采用虛擬仿真方案設計，集成了豐富的電氣接口，見圖4。

圖4 測試裝置設計方案

仿真輸入裝置用于接收HIL仿真系統發送的控制信號，集成了控制器高有效開關、低有效開關、數字信號傳感器、模擬信號傳感器、電阻類開關、占空比信號傳感器、網絡信號等常用輸入信號。仿真負載裝置用于模擬控制器常用的電器負載，包括燈泡負載、電機負載、LED負載、鎖負載、數字輸出、占空比輸出、模擬輸出、繼電器負載等。實際操作時，控制器只需匹配相應的電氣接口，即可實現不同型號控制器的快速切換。

4 測試驗證

實際工作時，測試人員需要根據控制器的邏輯功能和故障注入的測試需求完成測試用例的開發。然后，將測試用例錄入測試管理系統，并且完成測試用例和測試序列的參數賦值。在自動化測試系統中，通過調用動作庫和評價庫中的功能模塊，完成自動化測試序列中前提條件、測試步驟和預期結果等內容。通過操作上位機系統啟動自動化測試序列，序列控制HIL仿真系統模擬控制器的輸入信號，并且實時采集控制器和仿真負載的狀態。序列自動調用評價庫中的檢測函數，確認測試結果是否符合預期結果。測試管理系統可自由添加序列，完成測試后自動生成測試報告。

以遠程開啟車窗功能為例，工作流程如下：在上位機系統中完成序列的開發，然后啟動自動化序列。序列調用HIL仿真系統中的虛擬T-BOX控制器，模擬遠程開啟命令至車身域控制器?？刂破鞒晒邮彰詈?，驅動仿真電機負載，模擬開窗動作。上位機系統實時采集控制器輸出信號和仿真負載的狀態信號，用于判斷測試結果與預期結果是否一致。最后，自動生成測試報告，如圖5所示。與此同時，在序列中可以模擬T-BOX命令信號錯誤、仿真電機負載過流或短路等特殊工況，以此增加測試覆蓋度。

圖5 測試系統示意圖

5 總結

本文介紹的車身域控制器通用測試系統已在實際項目中應用。通過將測試系統的硬件接口平臺化和測試用例松耦合等方法，有效提高了整個測試系統的通用性。相比于分布式車身控制器測試設備，本系統設計了豐富的電氣接口和高效的自動化測試系統，可實現復雜場景和極限工況下車身域控制器的邏輯功能測試和故障注入測試，提高了測試覆蓋度，縮短了驗證周期。