基于硬件在環的電動汽車整車控制器自動化測試研究及應用

孔令靜 從宏超 梁長飛 盛亞楠

摘 要：介紹了一種基于dSPACE的電動汽車整車控制器的硬件在環仿真測試系統。同傳統的測試系統相比，HIL（硬件在環）的測試效率更高，測試覆蓋面積更廣。該仿真系統包括整車控制器、dSPACE機柜、PC機及其整車控制器與dSPACE相連接的線束，上述仿真測試系統更加接近于真實整車環境。本文以定速巡航測例為例在此基礎上進行測試，其測試結果更接近實際，更為準確，縮短整車控制器研發的周期。

關鍵詞：dSPACE;硬件在環;電動汽車;整車控制器

隨著電動汽車的應用越來越廣泛，電控系統的使用也越來越受各大零部件及汽車廠商的青睞，而電控單元的開發離不開HIL（Hardware in the loop）測試。HIL測試系統為電控單元提供一套完整閉環驗證環境，從而盡早提高電控單元軟件質量，縮短電控單元的開發周期。整車控制器做為電動汽車的核心零件，其HIL測試尤為重要。

1 HIL測試系統簡介

HIL（Hardware in the loop）是一種電控單元（ECU）的一種測試方法， 模擬的控制對象形成閉環，實現對ECU功能和性能的測試，如圖1所示。HIL作為替代真實環境或設備的一種典型測試方法，既提高了仿真的逼真性，有解決了以前存在于系統中的許多復雜建模難題。在開發初期階段，需要快速地建立控制對象原型及控制器模型，并對整個控制系統進行多次離線及在線的試驗來驗證控制系統軟件、硬件方案的可行性，這個過程稱為快速原型控制（RCP）[1]。而dSPACE實時仿真系統為HIL和RCP的應用提供了一個協調統一的一體化解決途徑。dSPACE研發了一套控制系統和半實物仿真的軟硬件工作平臺，該平臺是基于MATLAB/Simulink并且與其擁有很高的契合度[2]。此外，dSPACE的軟件環境具有功能強大和用戶易操作的特點，包括自動生成代碼/下載和試驗/調試的一整套工具包[3]。

本文基于搭建的HIL測試平臺，對VCU（Vehicle Control Unit）各功能點進行了自動化測試。自動化測試的流程如圖2所示，首先根據待測VCU的電氣特性進行HIL臺架硬件平臺和仿真模型的搭建，然后根據VCU功能規范對測試用例進行系統的編寫，再依據測試用例對測試序列進行搭建并將搭建好的測試序列進行自動化測試，最后對測試結果進行整理與分析。本文以定速巡航的HIL自動化測試為例，對自動化測試流程進行系統的闡述[4]。

2 HIL測試平臺開發

2.1 HIL測試系統組成

HIL系統由仿真硬件平臺、實驗室管理軟件和實時仿真模型組成。其中仿真硬件平臺包括機柜、可編程電源、實時仿真機、信號板卡、信號調理板卡、故障注入板卡等，如圖3所示。

2.2 HIL測試系統硬件搭建

仿真試驗運行的支撐平臺，主要由配有各類I/O板卡及通信板卡的高性能實時仿真器及運行的仿真模型組成。仿真機的模型通過CAN總線及模擬數字量I/O等方式與待測ECU進行交互，控制程控電源給待測件供電，控制故障注入板箱執行電器故障的仿真和注入。如圖4所示為本公司購買的dSPACE Simulator實物，主要由兩塊板卡構成：DS1006實時處理器板卡和DS2211 I/O板卡。

故障注入單元主要用于模擬硬件在環測試系統中電氣故障的測試裝置，用于檢測被測件在電氣故障條件下的穩定性及診斷故障碼[5]，如圖5所示。

故障注入箱的前面板排列有多個插頭，可通過將插頭拔出進行短路、開路、短路到地、短路到電源的故障注入，也可直接從輸出端進行信號檢測和激勵信號的輸入，如圖6所示。

線束是機柜、臺架與被測樣件之間的連接紐帶，也是HIL測試系統的重要準備工作，線束連接工作如圖7所示。

2.3 搭建整車仿真模型

本文根據純電動車型的特點，建立了VCU閉環測試模型，如圖8所示。模型由IO接口模型和純電動車輛模型兩部分組成。其中IO接口模型主要由VCU硬線輸入輸出模塊、CAN總線模塊組成，純電動車輛模型主要包括駕駛員模型、電池模型、電機模型和減速器模型等，如圖9所示。

2.4 VCU測試上位機搭建

本文采用的上位機軟件主要為dSPACE公司開發的ControlDesk和AutomationDesk，來進行HIL的自動化測試。

1）ControlDesk 加載模型經過編譯后的sdf數據庫。將所調用的數據進行圖形化處理，對數據進行實時監測和修改，如圖10所示。

2）AutomationDesk 圖形化的自動化測試序列編寫軟件。通過調用ControlDesk中的數據控件，對數據進行設定，并且在自動化測試的過程中，對數據進行觀測記錄生成測試報告。

3 HIL自動化測試

本文基于AutomationDesk 軟件，對VCU定速巡航功能點的測例進行HIL自動化測試，具體的測試過程如下所示：

1）測試需求。在整車“ready”下，車速在40 km/h以上時，整車能正常進入和退出定速巡航功能。

2）測試用例描述。整車“ready”按下巡航開關按鍵“on”整車進入預巡航狀態，儀表顯示“巡航指示燈閃爍”;當前車速40km/h

3）測試序列。在建好的數據字典與基本動作庫中，對相關變量進行拖拽選取，形成測試序列。

4）測試執行。對搭建好的測試序列進行系統批量的執行。

5）測試結果的分析。整車進入預巡航狀態，信號crd_flg_CrsStatus_off2Pre觸發，由0到1，如圖11所示;整車進入巡航狀態，車速在大于40km/h時，信號crd_flg_CrsStatus_Pre2On觸發，由0到1，如圖12所示;整車進入巡航暫停狀態，信號crd_flg_CrsStatus_On2Cancel觸發，由0到1，如圖13所示。以上測試結果均滿足測試的預期結果。

4 總結

在新能源汽車的控制器開發領域中，HIL測試具有非常重要的地位。對于整車控制器的開發，采用HIL自動化測試系統，可以對整車控制器策略（特別是極端危險工況下的控制策略）進行驗證優化，可以減少實車的實驗次數，完成一些實車無法實現的故障測試，一定程度上縮短整車控制器研發的周期。

參考文獻：

[1]歐陽明高.中國新能源汽車產業未來十年大勢展望[J].汽車縱橫，2016（6）：62-65.

[2]北京經緯恒潤科技有限公司.一種整車控制器：201620356250.3[P].2016-04-25.

[3]葛慶光. 純電動汽車整車控制器的研究[D].合肥工業大學，2012.

[4]樊曉松，邵華，邢進進. 新能源汽車動力總成測試系統平臺[J].汽車技術，2014（9）：39-43.

[5]王永庭，黃英，張付軍. 基于硬件在環仿真的變速箱電子控制單元的開發方法[J]. 兵工學報，2007，28（8）：897-902.