dSPACE半實物仿真技術在汽車電子集成測試中的應用

詹德凱，李順智，張超

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141)

dSPACE半實物仿真技術在汽車電子集成測試中的應用

詹德凱，李順智，張超

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141)

隨著科技的進步和生活質量的提高，汽車電氣系統(tǒng)復雜程度增加；汽車行業(yè)競爭加劇使得研發(fā)周期縮短，電氣系統(tǒng)測試變得至關重要。文中以中華某款車型測試為例，闡明dSPACE半實物仿真技術在集成測試中的實現(xiàn)方法，通過實踐證明其大幅縮短測試周期并增加了系統(tǒng)的可靠性。

dSPACE；硬件在環(huán)；自動化測試；集成測試

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-77-03

引言

隨著科技的進步和生活質量的提高，汽車已經(jīng)進入“電”時代，以舒適，安全，環(huán)保，節(jié)能為主題的車時代使得其承載著大量的電子器件，從而增加了其電氣系統(tǒng)的復雜性，驗證該系統(tǒng)的可靠性越來越多的得到了行業(yè)內的重視。汽車行業(yè)激烈競爭使得各個整車廠紛紛縮短研發(fā)周期加緊新車上市的步伐，如何能在最短的時間內驗證新車電氣系統(tǒng)設計的合理性和可靠性已然成為當今整車廠日益關注的話題。

目前解決上述問題行之有效的方法就是盡可能的實現(xiàn)測試自動化并將部分實車測試工作轉移到實驗室中進行，本文以中華某款車型測試為背景，詳細闡述dSPACE半實物仿真工具在如何在集成測試中得到應用。

1、dSPACE系統(tǒng)介紹

dSPACE半實物實時仿真系統(tǒng)是德國dSPACE公司研制開發(fā)的以MATLAB/Simulink為依托的軟硬件半實物仿真平臺，其具有實時性強，擴充性好，可靠性高的優(yōu)點。硬件方面配備具有高速運算能力的處理器，并具有豐富的I/O資源供用戶選擇，軟件方面具備功能強大，界面友好的特點，涵蓋目標代碼自動生成下載，實驗調試及自動測試序列編寫等全套工具，是目前是RCP（快速控制原型）和HIL（硬件在環(huán)）的最為優(yōu)秀的實時平臺[1]。

dSPACE在整個控制器過程中擁有其獨特的“V”字開發(fā)流程[2]，如圖1所示：

快速控制原型技術（RCP）應用于設計階段，主要用于控制器的開發(fā)，由于在上位機上可以反復修改設計模型，并進行離線仿真及實時仿真，使得在設計初期避免設計上明顯的缺陷，進而降低設計修改的費用。快速控制原型的實現(xiàn)必須依托于適當?shù)哪Ｐ徒?，離線仿真，實時開發(fā)測試工具。

硬件在環(huán)技術(HIL)[3][4]是一種行之有效的測試技術，近年來被廣泛應用在汽車電子電器零部件測試及集成測試之中。該測試技術能夠對單獨零部件及集成系統(tǒng)進行全面，細致的測試。在真實測環(huán)境中，極限工況測試和失效測試較為危險且所需要的費用較為昂貴，此時HIL測試技術便凸顯其優(yōu)勢，各種工況及條件都可以進行模擬，大大降低了測試的成本。在汽車電氣系統(tǒng)開發(fā)的各個階段都需要對系統(tǒng)的各個功能需要進行重復測試，而HIL的自動化測試序列可以大幅縮短測試周期，其集成的故障注入功能免去繁瑣的手工操作，節(jié)約時間和成本，進而實現(xiàn)在縮短開發(fā)周期的前提下，保證系統(tǒng)設計的可靠性。

2、硬件平臺構建

在本項目的HIL測試中，被測對象為各個真實的ECU，機柜的作用相當于可被上位機控制的I/O接口，I/O接口及負載模型在Matlab/Simulink中得以實現(xiàn)，I/O的實際功能則由一系列板卡如：主處理器板卡，I/O通訊板卡，總線板卡，故障注入板卡，信號調理板卡及輔助板卡等來實現(xiàn)，而I/O資源的需求主要分為八類，即：模擬電壓輸入，模擬電壓輸出，數(shù)頻電壓通道，數(shù)字電壓輸入，數(shù)字電壓輸出，PWM頻率電壓輸入，PWM頻率電壓輸出以及阻值輸出通道。

負載和執(zhí)行器采用真實部件，放置在定制的測試臺架上，可以在測試的過程中對真實的負載和執(zhí)行器進行驗證。

3、軟件平臺實現(xiàn)

HIL測試的軟件平臺由三部分組成，它們分別是Matlab/ Simulink，ControlDesk Next Generation和Automation Desk。應用Simulink搭建車身系統(tǒng)的模型，應用ControlDesk實現(xiàn)上位機與硬件的實時通訊，應用Automation Desk編寫自動測試序列，實現(xiàn)自動化測試。

3.1 Simulink模型搭建

車身部分的ECU負責整車的舒適及娛樂方面的功能，涉及到11個ECU協(xié)同工作，因此該模型較為龐大，其中body1fasttask中存放著負載模型，body1io中存放著5個ECU的I/O模型，body2io中存放著6個ECU的I/O模型，而body1bus中存放著總線通訊方面的模型。模型在搭建的過程中，根據(jù)車身部分的實際架構進行搭建，考慮各個ECU的每個引腳的實際要求進行配置，使得模型與實際情況相符合，以增加測試的準確性。

圖2為在項目中車身部分的Simulink模型：

3.2 ControlDesk Next Generation可視化界面創(chuàng)建

ControlDesk Next Generation是dSPACE公司出品的一款上位機軟件，它的作用是實現(xiàn)上位機與機柜之間實現(xiàn)實時通訊，主要包含以下功能：

1）綜合管理實驗過程；

2）圖形化管理實時硬件；

3）豐富的可視化庫，提供大量的可視化控件；

4）可視化的變量和參數(shù)管理；

5）實現(xiàn)實驗過程的自動化。

圖3為在該項目中運用ControlDesk Next Generation創(chuàng)建的中華某款車型車身控制器的測試控制界面，在上位機上可以輕松實現(xiàn)對ECU的信號發(fā)送及對執(zhí)行器的控制。

3.3 運用AutomationDesk實現(xiàn)自動化測試

AutomationDesk是dSPACE公司出品的一款上位機軟件，是一款能夠創(chuàng)建和管理自動操作任務的通用工具，實現(xiàn)自動化測試，使得測試過程更有效并能夠提高測試的效率。AutomationDesk可以管理所有的測試所需數(shù)據(jù)，并按照指定的控制流程和測試參數(shù)執(zhí)行測試，記錄測試結果，并生成測試報告。Automation以Python語言為依托通過與ControlDesk Next Generation進行實時數(shù)據(jù)交互來實現(xiàn)其對ECU及執(zhí)行器的間接操控。

AutomationDesk在測試中的主要作用是可以根據(jù)功能規(guī)范或測試用例編寫測試序列，測試序列的形態(tài)類似于模塊化的變成語言，測試序列的編寫可根據(jù)測試臺架的手工測試流程進行。合理的使用AutomationDesk的基礎庫構建具體的操作模塊進而搭建不同項目所需要的測試用例庫。圖4為運用AutomationDesk編寫的測試序列，測試內容為組合儀表舒適設置的一條測試用例。其測試的順序按照手工測試順序進行，該序列能夠自動運行。

4、結論

本文以中華某款車型的集成測試為背景，介紹了dSPACE工具在汽車電子集成測試中的成功運用，文章以硬件和軟件兩大主線展開，闡明了dSPACE半實物仿真技術在汽車電子集成測試中如何實現(xiàn)。

dSPACE測試系統(tǒng)是一種有效的汽車電子集成測試手段，通過實踐驗證其具有以下優(yōu)點：

1. 在測試序列搭建完成以后，實現(xiàn)自動化/半自動化測試，在各階段測試中節(jié)約大量的測試時間，尤其是在各個開發(fā)階段重復性測試工作中更能凸顯其優(yōu)勢；

2. 在測量較為精確的量時不用借助于其他輔助工具可以獨立完成，對于時間量可以精確到毫秒級，電流量則可以精確到毫安級別，可以完全滿足測試的要求；

3. 在故障注入方面的測試有著明顯的優(yōu)勢，測試系統(tǒng)中集成了故障注入模塊可以方便的對測試對象注入故障，避免手工故障注入操作造成的時間浪費及整車系統(tǒng)的不穩(wěn)；

4. 使得繁瑣而復雜的操作變得簡單，尤其是在極短時間內完成多個操作的測試內容，這對于手工測試來說是很難實現(xiàn)的。

[1] 薛定于. 控制系統(tǒng)計算機輔助設計[M]. 北京：清華大學出版社，2009.

[2] Kendall I R, R P Jones. An investigation into the use of hardwarein-the-loop simulation testing for automotive electronic control systems-A visual formalism for complex systems[J]. Control Engineering Practice (S0967-0661), 1999, 7(11): 1343-1356.

[3] SusanneKghl and Dirk Jegminat. How to Do Hard-ware-in-the-Loop Simulation Right. SAE Paper No 2005-01-1657. Detroit, Michigan.

[4] G Bernhard Heiming, Hardware-in-the-Loop Testing of Net-worked Electronics at Ford. SAE Paper No 2005-01-1658. Detroit, Michigan.

dSPACE Hardware-in-the-loop Simulation Technology Application in Automobile Electronic Integration Test

Zhan Dekai, Li Shunzhi, Zhang Chao
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

With the progress of science and technology and the improvement of life quality, the complexity automobile electrical system increases, the strong business competition of the automobile industry shortens the cycle of research and development, the test of the electrical system is becoming more and more important today. The paper takes a brilliance-auto car testing as an example, clarifying dSPACE implementation method of hardware in the loop simulation technology in the integration test. Through the practice, the method proves it can shorten the test cycle significantly and increase the reliability of the system.

dSPACE; HIL; Test Automation; Integration Test

U467.3

A

1671-7988(2015)06-77-03

詹德凱，就職于華晨汽車工程研究院。