通用化柔性車型適配仿真測試技術研究

【摘 要】在當前國家大力推動制造業高品質發展的時代背景下，臺架測試中車型配置不匹配的問題日益凸顯。為此，文章提出開展通用化柔性車型適配仿真測試技術的研究方案，旨在提升電器工藝檢測適配范圍及測試效率，實現單一臺架定制化兼容不同車型配置的目標。該技術的研發與實施，對于推動中國汽車制造業的智能化、高效化升級具有重要意義，展現理論與實踐相結合的重要價值。

【關鍵詞】通用化技術;柔性車型適配;臺架;汽車制造

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）11-0085-05

Research on Simulation Test Technology of Commonality-based Flexible Vehicle Adaptation

【Abstract】In the era of the country's vigorous promotion of high-quality manufacturing development，the mismatch of vehicle configurations during bench testing has become increasingly prominent. To address this issue，this paper proposes a research scheme for the development of a generalized flexible vehicle adaptation simulation testing technology. The aim is to enhance the adaptability range and testing efficiency of electrical process detection，enabling a single bench to be customized to accommodate different vehicle configurations. The development and implementation of this technology carry significant implications for promoting the intelligent and efficient upgrading of China's automobile manufacturing industry，demonstrating the crucial value of combining theoretical research with practical applications.

【Key words】commonality-based technology;flexible vehicle adaptation;testbed;automobile manufacturing

0 引言

隨著汽車制造業的快速發展，車輛型號與配置的多樣化已成為行業趨勢。然而，這種多樣化同時也給車輛測試帶來了諸多挑戰，其中最為突出的便是臺架測試中車型配置不匹配的問題。這一問題不僅延長了測試周期，增加了測試難度，還限制了測試范圍的拓展，嚴重制約了汽車制造業的發展[1]。

在當前國家大力推動制造業高質量發展的時代背景下，如何解決臺架測試中車型配置不匹配的問題，提升測試效率與品質，已成為業界亟待解決的難題。為此，本文提出開展通用化柔性車型適配仿真測試技術的研究方案。

通用化柔性車型適配仿真測試技術是一種創新的測試方法，它旨在通過模擬不同車型配置，實現單一臺架對多種車型的定制化兼容。這一技術的研發與實施，將極大地拓寬電器工藝檢測的適配范圍，提高測試效率，為汽車制造業的智能化、高效化升級提供有力支持[2-5]。

1 臺架測試技術概述

1.1 傳統臺架測試技術現狀

目前臺架測試技術在汽車制造業中扮演著至關重要的角色，用于確保車輛在各種條件下的性能和安全。然而，現有的臺架測試技術往往局限于單一車型的配置測試，即每個臺架只能針對特定車型進行設計和使用。這種單一化的測試方法雖然在一定程度上滿足了基本的測試需求，但在面對車型多樣化、配置復雜化的現實情況下，其局限性愈發凸顯。

當前的臺架測試技術主要依賴于專用臺架和特定的測試程序。這些臺架通常根據某一車型的具體參數和配置定制，因此只能用于該車型的測試。當需要測試其他車型時，往往需要更換或重新設計臺架，以適應新的車型配置。這不僅增加了測試的成本和時間，還限制了測試的靈活性和效率。

此外，由于單臺架只能測試單車型，當面臨多種車型配置時，就需要配備多個臺架進行測試。這不僅占用了大量的物理空間，還增加了維護和管理的難度。同時，隨著車型配置的不斷更新和變化，臺架的更新和改造也成為一個持續不斷的過程，進一步加大了測試工作的復雜性和挑戰性。

在測試范圍和精度方面，現有的臺架測試技術也存在一定的局限性。由于臺架的專用性，其測試范圍往往局限于特定車型的性能指標和配置參數。對于其他車型或配置，可能無法進行準確的測試和評估。這不僅影響了測試的全面性，也可能導致潛在問題的遺漏和誤判。

1.2 臺架測試技術優化

為了突破傳統臺架測試技術的局限，提出一種通用化柔性車型適配仿真測試技術方案，旨在構建一個能夠快速適配不同車型配置的測試平臺。該平臺包括硬件切換適配、軟件適配和模型適配3個關鍵部分，旨在實現單一臺架對不同車型配置的定制化兼容。

在硬件切換適配方面，設計并研發了智能配線裝置，該裝置具備自適應切換功能，可以快速調整硬件接口以匹配不同車型的電控系統。該裝置采用CAN總線控制技術，支持多個模組級聯擴展，每個模組提供90路通道，單通道最大支持電流8A和電壓24V，確保在硬件層面實現高效、穩定的切換。

在軟件適配方面，開發了一套柔性臺架控制系統。該系統能夠一鍵式切換臺架車型配置，無需額外的人工操作，即可自動完成測試環境的配置切換。通過集成先進的算法和邏輯控制，該系統可以自動識別車型配置信息，并自動調整測試參數和流程，從而實現對不同車型的快速適配。

此外，還進行了臺架改造適配和功能調試。通過對臺架進行改造，確保了柔性臺架在適配不同車型時，不會對原有的測試環境造成影響。同時，還對臺架的功能進行了全面調試和優化，確保其能夠穩定、可靠地運行。

在模型適配方面，采用了與現有HIL仿真模型和軟件系統兼容的方案。通過與Simulink、ASM模型以及dSPACE軟件工具鏈等主流仿真軟件的無縫對接，實現了測試數據的實時交互和共享，確保了測試結果的準確性和可靠性。

為了提升測試數據的管理效率，開發了測試管理平臺。該平臺提供了xml配置文件管理、測試任務管理、測試樣件版本管理、測試報告及問題管控、測試數據管控等功能。通過該平臺，可以實現對測試數據的全面管理和分析，為后續的改進和優化提供有力支持。

2 柔性臺架測試技術方案

2.1 硬件方案

2.1.1 總體設計方案

采用模塊化設計，主要包括智能配線裝置、通信接口、電源模塊和外殼等部分。智能配線裝置作為核心部件，負責實現通道的靈活配置和切換，以及與HIL機柜的通信。通信接口采用CAN總線連接方式，確保數據的可靠傳輸。電源模塊提供穩定的電源供應，支持多種電源輸入方式。外殼采用標準2U機箱設計，具有良好的散熱和防護性能。

2.1.2 智能配線裝置

智能配線裝置采用矩陣式多通道程控繼電器模組設計，通過CAN總線進行控制。單個模組支持90路通道，單通道最大支持電流8A，電壓24V，滿足大多數車型測試的需求。同時，支持多個模組級聯擴展，可根據實際測試需求進行通道數量的靈活調整。

智能配線裝置內置智能配線算法，能夠識別總線數據并實現繼電器矩陣的組合驅動，如圖1所示。該算法還支持短路、斷路和過流等智能保護功能控制，確保測試過程中的安全性和穩定性。

2.1.3 通信接口設計

采用CAN總線通信連接方式，方便與HIL機柜的通信通道集成。同時，還支持RS232通信接口，可根據實際需求進行靈活選擇。通信接口的設計考慮到數據的傳輸速度和穩定性，確保測試數據的準確性和實時性。

2.1.4 電源模塊設計

電源模塊采用AC220V常規電源輸入，外配220V線纜，方便接入常規電源插座。同時，也支持根據實際情況選擇其他的電源供應方式，以滿足不同測試環境的需求。電源模塊的設計注重穩定性和安全性，確保測試過程中的電源供應可靠。

2.1.5 外殼與接口布局

外殼采用標準2U機箱設計，具有良好的散熱性能和防護性能。內部布局合理，方便維護和升級。通信接口可設計為前端輸出或后端輸出，根據實際需求進行靈活調整，如圖2所示。

2.1.6 多ECU關鍵接口控制方法

針對多個ECU關鍵接口的控制需求，通過智能配線裝置實現切入切出功能。首先進行ECU配置分析，將不同配置的ECU關鍵接口分配到智能配線裝置的控制通道中。在測試過程中，根據測試車型的配置需求，通過上位機配置實現接口的靈活切換，這種方法大大提高了測試的靈活性和效率。

2.2 算法方案

2.2.1 智能配線控制算法

智能配線算法主要實現繼電器模組智能化控制，智能配線盒采用CAN總線通信的方式控制數據交互，智能配線算法能夠識別總線數據，實現繼電器矩陣的組合驅動。

智能繼電器模組控制算法的輸入處理部分負責接收和解析外部輸入信號，通過CAN總線實現輸入信號采集。輸入處理模塊對接收到的信號進行有效性驗證和噪聲過濾，確保輸入信號的準確性和可靠性。根據輸入信號的類型和含義，輸入處理模塊將其轉化為內部事件或命令，為后續處理提供有效數據。

邏輯判斷部分負責對輸入信號和內部事件進行邏輯分析和處理。它可以根據預設的邏輯規則，判斷當前輸入信號或事件的處理結果，并生成相應的控制指令。例如，根據外部總線控制指令及當前的繼電器工作狀態進行邏輯分析和判斷，進而控制相應繼電器的開關狀態。邏輯判斷模塊可實現多種邏輯運算和比較操作，滿足不同場景下的邏輯控制需求。

輸出控制部分負責根據內部事件或命令，生成對應的繼電器矩陣輸出控制信號。這些輸出信號可以控制繼電器的開關狀態。輸出控制模塊具備電流驅動能力，可實現繼電器閉合或斷開。同時，該模塊還具備過流保護和短路保護功能，確保輸出控制的穩定性和安全性。

2.2.2 配置碼自適應刷寫算法

基于ControlDesk或者AutomationDesk內嵌Python腳本進行XML訂單文件的分析處理，自動化提取關注的參數數據，并通過Excel或者其他格式進行數據存儲;其次根據車型功能配置清單建立不同配置車型的配置碼映射關系，并通過dSPACE自動化測試軟件實現配置碼的自動刷寫。對于診斷配置碼刷寫過程中的安全訪問，可以通過半自動的方式，彈框提示手動輸入安全訪問秘鑰。

2.2.3 測試模型與車輛訂單自動適配算法

需建立車輛模型和車輛訂單系統的映射關系，包括兩個部分：首先是車輛配置對應的模型結構，如動力系統的1.5T、2.0T、HEV混動，需對應配置相應的模型架構;變速器配置AT、DCT、CVT需配置對應的動力傳動系統架構。整車模型搭建基于dSPACE ASM模型實現，基于Simulink開發對應的模型接口，實現模型架構的切換和配置，此外可以通過調用修改ASM模型參數化文件（基于MATLAB.m文件）實現參數修改。

IO模型映射主要根據硬件接口配置，通過Simulink對應IO接口模型進行IO接口的配置和使能控制。

2.3 模型方案

車輛模型庫主要基于dSPACE ASM模型，ASM模型支持提供汽油發動機、傳動系統、車輛動力學、液壓制動系統、道路環境、電氣系統模型庫，可用于離線仿真和實時運行。ASM模型基于MATLAB/Simulink環境建立，且90%以上采用Simulink通用模塊搭建（不含S函數），根據車輛相關特性數據，可以通過模型參數化軟件ModelDesk對車輛模型進行參數化，使實時車輛模型能夠正確模擬車輛運動，被控對象能夠及時準確響應控制器的控制動作并把車輛的運動狀態提供給控制器。ASM車輛模型為成熟的開源商業化模型，方便模型二次開發，模型滿足汽車電控系統功能性測試要求。

dSPACE模型包含IO模型和整車模型（MDL）兩個部分，如圖3所示。

IO模型根據信號列表及ConfigrationDesk生成的IO接口進行配置，用于IO接口模型映射及配置。IO模型把傳感器等的物理信號通過轉換關系得到電氣信號值，同時把IO板卡采集到的執行器等電氣信號值通過轉換關系得到物理值，此外還包括機柜供電的Power Supply以及CAN&LIN總線交互模塊。

整車仿真模型開發是HIL測試中非常重要的部分，通過整車仿真模型來模擬車輛的重要部分，如虛擬控制器、傳動和動力學等來為ECU工作提供必要的整車環境。在確定了待測ECU適配的車型結構、網絡拓撲、接口定義和通信矩陣后可以進行整車仿真模型開發。

ASM模型中提供了部分demo，但這些demo都是展示不同車型或系統的運行特性，不能直接適用于具體車型HIL測試。但其整車仿真模型結構和某些車型的傳動和動力學部分可以參考適用，如圖3、圖4所示，經部分修改甚至可以直接使用，閉環模型可以基于dSPACE ASM模型架構進行修正及二次開發。

MDL結構從上到下依次為softECU、Engine、Drivetrain、Vehicle Dynamic、Environment，如圖5所示。

整車仿真模型開發的一個重要步驟是模型參數化，因為ASM庫提供的模塊都需要根據實際情況提供對應的參數。在此階段，參考前期提供的模型參數列表，來修改模型參數化文件。

模型的參數化有兩種方式，一是使用ModelDesk軟件建立工程為仿真模型生成參數化文件，二是直接修改模型參數化文件里的值。第1種方式適用于第1次參數化，使用軟件可以直觀修改模型參數，第2種方式在需要修改少量參數時，在參數化文件（m文件）中直接修改。不管是哪一種方式，修改后都需要加載并在此編譯成sdf文件。

在Simulink加載模型后，在工作空間有對應的文件結構樹狀圖，模型初始化參數放在PARAMETER文件夾中。選擇對應的模塊參數文件，可以看到參數對應的m文件，如圖6所示。

點擊打開對應的m文件參數，即可進行初始化參數修改，如圖7所示。

方案在原始ASM模型里面做一個完整的包含不同模型配置結構的整車模型，例如動力系統包括1.5T、2.0T、HEV的發動機模型，傳動系統包括CVT、AT、DCT的變速器模型，并且通過Simulink設置模塊使能/觸發控制接口，根據設置數據選擇器，實現不同動力傳動形式的組合和適配。數據接口可以通過外部Python或者其他軟件進行調用，實現整車模型與車型配置的關聯。此外針對模型接口調用及模型參數化，可以通過外部程序實現參數化文件（.m文件）的調用及數據修改，進而實現模型參數的修改及適配。

要通過Python腳本實現dSPACE工具鏈、Simulink、車輛動力學模型的協同交互，需要使用Python腳本調用dSPACE和Simulink的相關接口，并傳遞數據和參數。

2.4 軟件方案

柔性臺架軟件開發包括基于dSPACE工具鏈開發的一鍵切換控制及診斷配置自動化刷寫軟件，此外還包括測試管理平臺軟件。

基于dSPACE ControlDesk可以實現XML訂單文件的導入，并針對特征參數的關鍵字進行自動分析提取，該部分功能主要根據dSPACE ControlDesk內嵌Python腳本實現。圖8是通過ControlDesk控件按鍵觸發事件內嵌Python腳本實現XML訂單文件的導入并分析的示例。

ControlDesk控件按鍵觸發事件內嵌Python腳本實現XML訂單文件的導入，采用Python的內置XML解析器xml.etree.ElementTree來提取XML文件中的“code”參數，然后使用pandas庫將提取的數據轉存到Excel文件中。以下是一個示例代碼，演示如何實現Pyhon選擇對應的外部XML訂單文件導入并提取XML文件中的“code”參數，并將提取的數據轉存到Excel文件中，如圖9所示。

此外，基于ControlDesk開發通用化切換的界面，界面包括不同配置車型選擇，支持動力傳動形式篩選，支持智能配線裝置通道手動設置，支持控制器節點選擇，此外還支持訂單文件的導入，自動實現配置文件生成及軟硬件切換、整車配置碼自動刷寫等，如圖10所示。

基于Automation Desk實現診斷配置碼自動化刷寫，基于AutomationDesk平臺進行測試序列的開發，進行測試用例設計、測試腳本開發和自動化測試實施。可通過圖形化的操作，實現對測試流程的設計、編寫和管理，通過與試驗管理系統的鏈接，實現測試流程的自動運行和管理。AutomationDesk支持調用ControlDesk Access庫文件，如圖11所示，庫文件中具備診斷相關的控制指令，可以實現診斷配置文件的刷寫，如圖12所示。

2.5 平臺方案

2.5.1 系統架構設計

柔性臺架測試技術平臺的設計遵循模塊化、可擴展性和易用性的原則。整個平臺由數據層、業務邏輯層和用戶界面層組成，各層之間通過接口進行交互，實現數據的存儲、處理和展示。

數據層負責處理與測試數據相關的所有操作。考慮到測試數據的復雜性和多樣性，采用關系型數據庫管理系統進行數據存儲和管理，確保數據的準確性和完整性。同時，為提高數據處理效率，引入分布式文件系統用于存儲和讀取XML配置文件。

業務邏輯層是實現平臺功能的核心部分。根據測試管理的需求，設計了XML配置文件管理、測試任務管理、測試樣件版本管理、測試報告及問題管控、測試數據管控等功能模塊。這些模塊相互獨立又相互關聯，共同構成了一個完整的測試管理流程。

用戶界面層是用戶與平臺交互的橋梁，設計了一個友好、直觀的用戶界面，支持多種瀏覽器和設備訪問。界面設計注重易用性和可訪問性，確保用戶能夠輕松地使用和理解平臺功能。

2.5.2 功能設計

平臺提供XML配置文件的上傳、存儲和分類功能，用戶可以根據項目或文件類型對文件進行歸類。同時，平臺具備文件的解析和分析能力，能夠提取文件中的關鍵信息并進行處理，如圖13所示。

測試任務管理模塊支持任務的創建、分配、執行和跟蹤。用戶可以在平臺上創建測試任務，并指定相關的測試樣件版本、測試需求和測試人員。任務執行過程中，平臺實時記錄任務狀態和測試結果，方便用戶進行查看和管理。

平臺提供測試樣件版本的存儲和管理功能，用戶可以上傳不同版本的樣件文件。同時，平臺支持版本之間的關聯和對比操作，幫助用戶了解樣件的變化和差異。

測試報告及問題管控模塊是平臺的重要組成部分。平臺支持測試報告的生成和導出，用戶可以根據需求生成報告并導出為常用格式。此外，平臺還提供問題的錄入、跟蹤和導入導出功能，方便用戶對測試過程中出現的問題進行管理和解決。

平臺支持測試數據的導入功能，用戶可以將外部數據導入平臺并與測試任務進行關聯。導入的數據可以在平臺上進行查看、分析和導出，為測試工作提供有力的數據支持。

3 結論

柔性臺架測試技術平臺的系統架構與功能設計旨在通過該平臺為汽車制造業的測試工作提供高效、準確的技術支持。平臺的設計遵循模塊化、可擴展性和易用性原則，通過數據層、業務邏輯層和用戶界面層的協同工作，實現了測試數據的全面管理和測試流程的高效執行。

平臺不僅支持XML配置文件管理、測試任務管理、測試樣件版本管理等基礎功能，還具備測試報告及問題管控、測試數據導入與關聯等高級功能，滿足了測試工作的多樣化需求。同時，平臺的用戶界面設計友好直觀，確保了用戶能夠輕松地使用和理解平臺功能。

隨著汽車工業的持續發展和技術的不斷創新，柔性臺架測試技術平臺將面臨更多的挑戰和機遇。將繼續優化平臺的性能和功能，提升數據處理能力和用戶體驗，以滿足不斷變化的測試需求。同時，也期待與更多的行業合作伙伴共同探索和創新，推動汽車測試技術的進一步發展。

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