AMT電控單元測試技術研究*

雷雨龍，曾華兵，蔣 鑫

(1.吉林大學，汽車仿真與控制國家重點實驗室，長春 130025;2.中國第一汽車股份有限公司技術中心，汽車電子部，長春 130011)

前言

在電子控制單元(electronic control unit，ECU)的整個軟硬件測試過程當中，硬件的測試工作相對規(guī)范和簡單，而其軟件測試過程卻因所嵌入對象的復雜性與特殊性，變得相對復雜和困難［1］。為解決ECU在測試過程中的難題，研究人員提出了以下幾種仿真測試方法:硬件在環(huán)仿真(hardware-in-theloop simulation，HIL)、軟件在環(huán)仿真(software-inthe-loop simulation，SIL)和模型在環(huán)仿真(model-inthe-loop simulation，MIL)［2］。盡管現(xiàn)在已有不少關于測試技術的理論研究，但對于軟件的測試卻還不夠成熟，測試人員的個人經(jīng)驗在很大程度上決定設計出的測試用例［3-4］。針對重型商用車電控機械式自動變速器(AMT)系統(tǒng)的特點，通過研究自動變速器控制單元(transmission control unit，TCU)控制軟件工程，給出一種系統(tǒng)的TCU測試方案，對其進行快速、準確的底層硬件接口測試和基于硬件在環(huán)的控制策略測試，及時存儲和分析整個測試過程中出現(xiàn)的問題，縮短檢測時間，保證產(chǎn)品可靠［5］。

1 重型商用車AMT的HIL仿真模型

AMT的HIL測試設備的模型部分按功能可劃分為4個部分:整車系統(tǒng)模型、dSPACE外圍設備IO模型、模型交互界面和用戶人機交互界面。它們之間相互關聯(lián)。整個模型的最頂層設計如圖1所示。整車系統(tǒng)模型中仿真車輛及部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞給其它3個模塊，同時接受IO模型從硬件中采集的對被控對象的控制信號，以及交互模型對車輛本身的駕駛和道路信息［6］。

整車系統(tǒng)模型是整個AMT硬件在環(huán)測試模型的核心，它須盡可能地模擬被控對象在控制器控制下的受力和運動狀態(tài)。它包含發(fā)動機模型、傳動系統(tǒng)模型、車輛動力學模型、駕駛員與道路模型和變速器控制器(TCU)模型。整車系統(tǒng)模型應能模擬真實車輛的運行情況，由于測試不包含車輛轉向行駛工況，所以整車系統(tǒng)模型僅考慮縱向自由度，測試重點在于對傳動系統(tǒng)的控制情況，故在傳動系統(tǒng)中應開發(fā)較為詳細的模型，須考慮換擋沖擊、離合器接合等過程，由于沒有對動力總成的測試，故動力總成模型可搭建簡單的功能模型，不需要考慮進排氣、溫度、壓力等的變化。圖2為整車系統(tǒng)模型Simulink結構圖。

模型除考慮了車輛部件模型之外，還考慮了控制信號的輸入輸出。故在模型的左邊和右邊分別加入控制信號的輸入和輸出兩個模塊。

本文中建立了基于dSPACE硬件平臺的MATLAB/Simulink硬件在環(huán)仿真模型，該模型具體分為發(fā)動機模塊、傳動系模塊、車輛動力學模塊、道路駕駛員模塊。其中重點是車輛的傳動系統(tǒng)模塊，所建模型為TCU控制策略層測試技術提供了仿真平臺［7］。

2 TCU底層基本功能測試方法

對重型商用車AMT的TCU底層部分進行的基本功能測試主要是為保證TCU底層各驅動模塊、輸入輸出設備等能夠正常工作，測試相關代碼能夠正常運行，相關的驅動功能能夠實現(xiàn)，確保下一步對TCU控制策略等的測試能夠順利進行，有助于上層應用開發(fā)，并進行相關驅動測試計劃的制定［8］。

測試主要針對CAN驅動模塊、串行外部接口(serial peripheral interface，SPI)驅動模塊、模數(shù)轉換(analog-to-digital converter，AD)模塊和應用程序接口(application interface，API)等部分。

測試的主要工作就是對上述模塊中的部分底層功能進行功能驗證。API驅動包括:電流輸出驅動、診斷驅動、CCP通信驅動、EEPROM驅動、MCU驅動、CAN通信驅動、電流輸出驅動、開關量輸入驅動、開關量輸出驅動、傳感器信號輸入驅動、FLASH驅動和轉速信號輸入驅動。

測試方法是采用AMT系統(tǒng)測試負載箱，通過負載箱發(fā)送輸入量信號或改變輸入量信號狀態(tài)，在任務中使用測試用例調用對應的API接口，讀取輸入量并將所讀的輸入值通過CAN通信接口發(fā)送到CAN總線上，利用USBtoCAN觀察輸入值是否正確，通過上位機PC進行監(jiān)測，測試中的各種工具連接方式如圖3所示。對于輸出量，在任務中用測試用例調用對應API接口，通過示波器觀察輸出量是否滿足要求，上位機PC負責監(jiān)控指令的發(fā)送與響應和指令的接收情況，提供友好的人機交互界面及診斷、顯示、打印等功能。它們通過 CAN總線進行實時通信。

TCU上層控制策略的測試是以所建的重型商用車AMT硬件在環(huán)仿真模型為測試平臺進行的?；赿SPACE的重型商用車AMT模型代替真實車輛，與TCU連接，向TCU發(fā)送各種傳感器信息，接收TCU控制指令，模擬車輛當前運行狀態(tài)，通過CANape實時監(jiān)控車輛狀態(tài)，采集所需數(shù)據(jù)［9］。在測試過程中，dSPACE充當系統(tǒng)控制對象，模擬被控對象所產(chǎn)生的信號，以檢驗控制算法的正確性和可靠性。

3 測試用例

硬件在環(huán)系統(tǒng)所用到的測試工具有:HIL仿真模型、dSPASE(運算單元:dSPASE 1006，信號模擬dSPASE 1006)、Control Desk控制平臺、USB Multilink、監(jiān)控工具CANape、測試對象 TCU和連接線束。連接示意圖如圖4所示，行使系統(tǒng)控制任務的PC機與dSPASE硬件設備相連，由PC機負責向dSPASE下載模型，驅動板卡接口等，TCU與dSPASE硬件之間需要轉換接口，CANape從TCU讀取信息，監(jiān)控整個仿真系統(tǒng)［10-11］。

dSPACE實時仿真系統(tǒng)與MATLAB/Simulink進行完全無縫連接，通過運用MATLAB/Simulink的RTW模塊能夠實現(xiàn)代碼的快速生成與下載，RTI模塊的運用可以實現(xiàn)MATLAB/Simulink仿真模型與dSPACE接口之間的連接，dSPACE的實時控制軟件ControlDesk能夠搭建出圖形化的界面，便于控制和實時觀測，如圖5所示。

車輛功能和性能測試包括前進擋起步、倒擋、手動升降擋、自動升降擋、滑行模式下降擋點、緊急制動摘空擋、巡航模式、自動模式下對換擋進行手動干預、自動擋換擋時間、車輛前進時掛入倒擋、車輛后退掛入前進擋、儲氣筒壓力不足、經(jīng)濟模式換擋、動力模式換擋、氣壓傳感器數(shù)據(jù)采集、CAN報文接收處理、CAN報文發(fā)送處理、離合器控制系統(tǒng)的超調后不回調、擋位開關量傳感器的濾波處理、手柄處理模塊數(shù)據(jù)采集和手柄模塊處理開關有效狀態(tài)等測試。一些誤操作測試，如車輛前進時掛入倒擋測試，要比做實車試驗硬件在環(huán)測試安全，且能達到測試目的。由于測試過程相似，下面以車輛前進時掛入倒擋為例說明測試過程。

(1)利用USB Multilink連接電腦與被測TCU，將目標程序下載到TCU中。閉合鑰匙門，重新給鑰匙門上電，運行測試仿真模擬器程序，進入Control Desk界面。打開CANape軟件，開始監(jiān)控，等待測試。

(2)根據(jù)具體測試用例在Control Desk中進行系統(tǒng)設置，選定相關的CANape監(jiān)控量，開始測試。

(3)車輛正常起步，達到一定車速，在前進過程中掛入倒擋，觀察車輛運行狀態(tài)，預計本測試用例過程中車輛應該發(fā)出報警，并不掛入倒擋。

(4)對測試過程、結果進行記錄，與預計測試結果進行對比，如果與預測結果間存在差別，應分析差別原因。

圖6為通過CANape監(jiān)測到的車輛前進時掛入倒擋的測試曲線，可以看到，車輛在前進過程中，誤操作掛入倒(R)擋時，車輛實際擋位并沒有隨之改變，控制程序邏輯正確，避免出現(xiàn)危險情況。圖7～圖9分別為前進擋起步測試、緊急制動摘空擋測試和巡航模式測試的監(jiān)測曲線。

4 結論

對TCU的基本硬件進行了研究，主要針對控制器中CAN驅動模塊、串行外部接口驅動模塊、模數(shù)轉換模塊和應用程序接口提出了TCU底層基本功能的測試方法，利用dSPACE硬件在環(huán)仿真模型提出了TCU控制策略層的測試方法，dSPACE硬件平臺與TCU接口連接，仿真模型代替實驗車驗證TCU控制策略的穩(wěn)定性和正確性，實現(xiàn)了功能性能試驗測試。針對dSPACE進行的控制策略層測試基本上屬于手動測試，可以利用Automotion Desk軟件編寫測試用例，自動執(zhí)行測試，實現(xiàn)無人化測試。

［1］ 雷雨龍，陰曉峰，譚晶星.基于CAN總線的AMT綜合控制策略研究［J］.公路交通科技，2005，22(3):116-118.

［2］ 付暢，過學迅，胡朝峰.金屬帶式CVT電控單元硬件在環(huán)仿真研究［J］.汽車工程，2008，30(3):255-259.

［3］ Gertler Janos.Survey of Model—Based Failure Detection and Isolation in Complex Plants［J］.IEEE Control Systems Magazine，1998(12).

［4］ Paolella P，Cho D.A Robust Failure Detection and Isolation Method for Automotive Power Train Sensors［C］.Proc.of IFAC FDSSTP，Baden-Baden，1991.

［5］ 郭彥穎.重型卡車AMT系統(tǒng)關鍵技術的研究［D］.長春:吉林大學，2010.

［6］ Homes.Automatic Mechanical Transmission Control［C］.SAE Paper 831776.

［7］ 孫志安，裴曉黎，等.軟件可靠性工程［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2009.

［8］ 秦貴和，葛安林.汽車電控系統(tǒng)故障自診斷技術［J］.汽車工程，2000，22(4):285-288.

［9］ 邢家喜.AMT電控系統(tǒng)故障檢測與診斷［D］.長春:吉林大學，2001.

［10］ Pettersson M，Nielsen L.Gear Shifting by Engine Control［J］.IEEE Transactions on Control System Technology，2000，8(3):495-507.

［11］ Falzoni G L，Pellegrino E，Troisi R.Microprocessor Clutch Control［C］.SAE Paper 830628.