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汽车电子电器自动化测试概述

1概述

        随着人们对车辆驾驶过程中舒适性、安全性和经济性要求 的提高,车辆网络和电控系统 的复杂度也不断增加,另外一方面随着市场竞争激烈程度 的增加,整车厂车型 的研发周期也在不断缩短。在这种背景下,传统 的手动台架测试和实车测试已经远远不能满足要求,整车厂需要建立一种高效 的自动化测试系统来加强测试深度和提高测试效率。基于V模式 的硬件在环仿真Hardware in the Loop(硬件在环仿真技术,以下简称HIL)作为一种可行 的测试手段,通过模拟整车、驾驶员、车辆及其工作环境,建议一个“虚拟车辆”替代真实车辆,对控制器进行大范围 的测试,因而成为一种理想实验室自动化测试方法。本文不注重先容HIL自动化测试设备 的原理组成,而是重点先容HIL整车自动化测试 的应用,包括测试内容、结果评价和应用案例。

2 测试内容

2.1功能测试

        应用HIL自动化测试系统可以对车辆动力系统、底盘系统、车身系统和新能源系统 的电子电器功能进行测试。这里讲 的功能测试不仅仅是验证每个控制器 的基本功能,更注重复杂功能 的深度测试和异常测试,例如多个输入进行交叉组合 的复杂功能验证、在驾驶员进行非常规操作时控制器 的功能表现、车辆在复杂工况下 的控制功能、车辆多个控制器在完成某一功能时 的协调控制等。

        功能测试重点关注逻辑 的正确性,评价准则可以按照控制器设计任务书或功能规范定义进行。例如设计任务书规定车辆在定速巡航时由于外界原因导致车速无法保持时应退出巡航模式。在虚拟测试环境中,可以模拟制造特殊工况,使在定速巡航中 的车辆进入一个相对陡峭 的上坡路面,观察当扭矩无法满足当前巡航车速时定速巡航系统是否按照要求退出巡航模式。下图所示定速巡航没有按照设计要求退出巡航模式,属于功能缺陷。

图1 定速巡航功能测试问题示例

2.2性能测试

        应用HIL自动化测试系统不仅可以对整车电子电器功能进行验证,还能对电子电器性能进行验证,例如测试负载 的响应时间、负载工作平滑度、负载多次连续工作 的响应、在装配电子电器控制系统后车辆整体性能评价等。

        美国交通安全部在2007年颁布 的《FMVSS126 Electronic stability control systems》提供了一种测试电子稳定系统ESC性能 的方法和相应 的评价准则,即驾驶员按照指定 的方向盘转角曲线驾驶汽车,每次测试增加方向盘转角 的最大值直到300°,观察在该过程中几个关键点车辆横摆加速度 的值。如图2所示,如果在整个测试过程横摆加速度保持在规定 的范围内则测试通过。如果通过实车测试,需要准备专门 的车辆、专业场地、精确 的转向机器人、数据采集设备和其他辅助设施,同时还需要很大 的时间和人力投入,而通过HIL自动化测试,可以方便 的驾驶虚拟汽车完成该项测试,自动化得进行数据采集和结果分析,从而实现对装备ESC系统 的车辆性能测试 的目 的。

        在电子电器性能测试中,对于上述案例中评价标准比较明确定义 的测试内容,比较容易实现,但对于动力底盘电控系统大量 的测试没有明确 的性能指标,所以需要测试设计人员深入了解被测系统,并且通过长期 的测试经验积累来确定合适 的评价准则。

        需要说明 的是,在资深工程师为车辆动力学模型进行准确参数化后,仿真 的性能测试结果才会更加接近实际。

图2 ESC性能测试示例

2.3故障注入测试

        汽车电子电器测试过程中,不仅关注车辆在正常情况下 的功能和性能,同时还要关注在故障发生情况下,电子电器系统对故障 的响应。故障发生时,电控系统需要关闭某些功能、记录故障并向驾驶员进行提示,故障处理机制是否实现或实现效果直接影响着驾驶安全。在道路安全法规ISO26262 Part4中明确指出了测试过程中需要进行故障注入测试。

        故障 的类型有很多,如欠压过压、传感器或实行器 的短路断路、总线信号丢失或错误等,车辆静态或在行驶过程中故障发生 的时机也非常偶然,测试人员需要指定详细 的测试方案来覆盖所有类型故障在各种工况下可能发生 的情况。

        图3所示 的是在故障注入测试过程中发现 的一个问题,为某一轮速传感器制造异常信号 的故障,测试ESC系统对故障 的响应。设计任务书中规定在9-60s内控制器应做出响应,实际测试中发现系统在大于85s后才做出响应,不符合设计标准,延迟了驾驶员发现处理故障 的时间,加大了事故 的风险,属于故障注入缺陷。

 图3 ESC故障注入测试问题示例

3结束语

        本文概述 的先容了整车HIL自动化测试进行 的测试内容和评价准则,并引用几个案例展示了使用自动化测试 的效果。当前,中国越来越多 的整车厂正在逐渐引入HIL自动化测试设备,建立自动化测试 的方法和能力。随着市场竞争 的日趋激烈和汽车电子电气系统日趋复杂,相信有越来越多 的整车厂会引进和扩展自动化测试能力,积累自动化测试用例和实施经验,从而保证车辆 的质量,降低车型上市后 的风险。

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