汽車APP遠(yuǎn)程控制測試方法研究

李治民 張東波 林杰 郭天嬌 李俊儒

（中國第一汽車股份有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長春 130013）

主題詞：遠(yuǎn)程控制 硬件在環(huán) 智能網(wǎng)聯(lián)汽車

縮略語

GPRS General Packet Radio Service

HIL Hardware In the Loop

ICV Intelligent and Connected Vehicle

T-BOX Telematics BOX

BCM Body Control Module

DCU Door Control Unit

PEPS Passive Entry Passive Start

HCU Hybrid Control Unit

EMS Engine Management System

TSP Telematics Service Provider

PWM Pulse Width Modulation

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，汽車電動化和智能化越來越受到人們關(guān)注[1]。早期具備遠(yuǎn)程控制的車輛是基于GPRS通訊開發(fā)的[2]，控制和監(jiān)測策略[3]較為簡單。近些年，隨著智能手機(jī)和4G技術(shù)的大力發(fā)展，各大整車廠更加關(guān)注手機(jī)與汽車的交互使用[4]。武漢理工大學(xué)研發(fā)了一款具備遠(yuǎn)程控制的汽車，可實(shí)時監(jiān)測和遙控車輛[5]。

本文針對汽車APP遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的測試需求，提出了一種基于硬件在環(huán)（HIL）技術(shù)的半實(shí)物仿真測試系統(tǒng)[6]，可滿足多種復(fù)雜場景下的測試需求。該方案已應(yīng)用于多款紅旗車型遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的測試工作，具備移植性強(qiáng)、測試覆蓋度廣、效率高等特點(diǎn)[7-8]。

2 測試系統(tǒng)總體方案

本測試方案采用基于硬件在環(huán)技術(shù)的整車HIL測試環(huán)境。相比于真實(shí)車輛，HIL測試設(shè)備不僅可以進(jìn)行正向開發(fā)測試，還可以模擬各種故障工況和極端工況，測試的覆蓋度更廣、顆粒度更加精細(xì)[9]，適用于汽車APP遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的前期開發(fā)以及后期的問題排查[10]。

該測試系統(tǒng)可以進(jìn)行手機(jī)遠(yuǎn)程控制APP、車載遠(yuǎn)程通訊終端（T-BOX）、車身控制器（BCM）、車門控制器（DCU）、智能進(jìn)入和啟動控制器（PEPS）、空調(diào)控制器（AC）、整車控制器（HCU）等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行功能和診斷方面的系統(tǒng)集成測試。同時該系統(tǒng)也可配置為單節(jié)點(diǎn)測試。

該測試系統(tǒng)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分。硬件系統(tǒng)集成了控制器和車燈、門鎖、空調(diào)等真實(shí)負(fù)載，以及電源、實(shí)時處理器、信號調(diào)理板卡、CAN/LIN板卡等設(shè)備；軟件系統(tǒng)包括汽車模型、I/O模型、上位機(jī)系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)等部分。該測試系統(tǒng)可實(shí)時仿真和監(jiān)測各個控制器的網(wǎng)絡(luò)信號和電氣信號以及各個負(fù)載的狀態(tài)變化，以此形成一套完整的汽車APP遠(yuǎn)程控制測試系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 汽車APP遠(yuǎn)程控制測試系統(tǒng)

3 測試系統(tǒng)硬件方案

汽車APP遠(yuǎn)程控制測試系統(tǒng)的硬件設(shè)備由電器負(fù)載臺架和電源、實(shí)時操作系統(tǒng)機(jī)柜組成，集成了待測控制器、傳感器和執(zhí)行器，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的半實(shí)物仿真測試。

3.1 電源系統(tǒng)

測試系統(tǒng)需要為各個控制器進(jìn)行供電，模擬真實(shí)車輛的使用環(huán)境。電源系統(tǒng)采用大功率可編程電源供電，可模擬車輛KL15、KL30、KL87等供電狀態(tài)；同時還可以實(shí)時測量設(shè)備的功耗和電流使用情況，如圖2所示。

圖2 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)可在線編程調(diào)節(jié)電壓，可實(shí)現(xiàn)多路不同電壓的輸出、跌落、過壓等復(fù)雜工況，最大支持30 A電流輸出，同時具備電流保護(hù)功能。

3.2 實(shí)時處理器

測試系統(tǒng)配置了NI公司PXIe-8135 RT型號的實(shí)時處理器，可實(shí)現(xiàn)汽車模型和上位機(jī)I/O模型的仿真控制。例如，遠(yuǎn)程啟動功能涉及到EMS控制器的相關(guān)邏輯就是實(shí)時仿真模型實(shí)現(xiàn)的，解決了無法集成真實(shí)發(fā)動機(jī)的難題。同時，實(shí)時處理器可配合虛擬儀器軟件共同使用，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)界面實(shí)時控制和監(jiān)控，極大地提高了測試效率。

3.3 信號調(diào)理系統(tǒng)

信號調(diào)理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測試設(shè)備對電控系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行器等不同電氣元件電氣信號的預(yù)處理功能，包括：數(shù)字信號輸入/輸出調(diào)理、模擬信號輸入/輸出調(diào)理、電壓轉(zhuǎn)電流、占空比（PWM）信號輸入/輸出調(diào)理。測試系統(tǒng)配置了豐富的信號調(diào)理資源，不僅能實(shí)時監(jiān)測每個控制器輸入輸出引腳的電氣屬性狀態(tài)，同時在實(shí)時處理器的配合使用下還可以仿真發(fā)生各種時序邏輯的電氣信號，形成一套仿真+采集的完整閉環(huán)測試系統(tǒng)。

3.4 虛擬控制器系統(tǒng)

測試系統(tǒng)配置了2塊CAN通訊板卡，在車輛模型的配合使用下實(shí)現(xiàn)了不同節(jié)點(diǎn)控制器的虛擬仿真；同時可以自由切換真實(shí)節(jié)點(diǎn)與仿真節(jié)點(diǎn)的在線狀態(tài)，有效地增加了測試場景數(shù)量，提升了測試深度和覆蓋度。

4 遠(yuǎn)控系統(tǒng)測試測試方案

4.1 遠(yuǎn)控系統(tǒng)測試需求分析

汽車APP遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的邏輯功能一般包括：車況狀態(tài)查詢、故障信息查詢、車輛模式定義、遠(yuǎn)程啟動、遠(yuǎn)程下電（電動車配置該功能）、遠(yuǎn)程解鎖、遠(yuǎn)程閉鎖、遠(yuǎn)程尋車、遠(yuǎn)程天窗控制、遠(yuǎn)程車窗控制、遠(yuǎn)程車燈控制、遠(yuǎn)程空調(diào)控制、遠(yuǎn)程座椅加熱控制等功能。本文僅以遠(yuǎn)程尋車功能為例進(jìn)行測試需求分析。

用戶可以通過客戶端APP進(jìn)行遠(yuǎn)程尋找車輛，觸發(fā)車輛閃爍轉(zhuǎn)向燈4次，提示車輛位置。用戶操作手機(jī)APP界面，通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送遠(yuǎn)程尋車指令和驗(yàn)證密鑰至服務(wù)器。驗(yàn)證成功后，服務(wù)器下發(fā)遠(yuǎn)程尋車指令給車載T-BOX。T-BOX與PEPS進(jìn)行防盜驗(yàn)證，確保該操作是否為合法操作。防盜驗(yàn)證通過后，T-BOX發(fā)送遠(yuǎn)程尋車命令至BCM，BCM驅(qū)動轉(zhuǎn)向燈閃爍4次；同時，T-BOX上傳尋車狀態(tài)至服務(wù)器，用戶可通過手機(jī)APP查看遠(yuǎn)程尋車功能是否被正確觸發(fā)。遠(yuǎn)程尋車流程如圖3所示。

4.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)測試用例

通過分析遠(yuǎn)程尋車功能的流程，可采用流程圖分析法編寫測試用例。流程圖分析法是通過流程圖描述功能邏輯來明確功能的輸入條件和輸出結(jié)果，將復(fù)雜的邏輯功能用流程圖的方式進(jìn)行描述，分析進(jìn)入條件、進(jìn)入動作、退出條件、退出動作等元素，以此保證測試覆蓋度。遠(yuǎn)程尋車功能的流程圖分析法如圖4所示。根據(jù)流程圖中各節(jié)點(diǎn)交互過程，部分測試用例如表1所示。不同車型下，TSP、T-BOX、PEPS、BCM的控制策略是不一樣的，各個控制器的失效條件也存在差異。對于確定的車型來說，測試用例需要對各個控制器的失效條件進(jìn)一步分解。

圖3 遠(yuǎn)程尋車流程

圖4 遠(yuǎn)程尋車流程圖分析法

表1 遠(yuǎn)程尋車測試用例

5 測試驗(yàn)證

通過分析汽車APP遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能邏輯，測試人員完成測試用例的開發(fā)。在整車HIL仿真環(huán)境下，測試人員驗(yàn)證APP遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)各個節(jié)點(diǎn)的工作情況。

通過操作手機(jī)APP界面內(nèi)的不同功能，并且實(shí)時監(jiān)測電器負(fù)載臺架、各個控制器的電氣狀態(tài)以及CAN網(wǎng)絡(luò)報文等信號，測試人員可以對不同場景下的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行評價，圖5為紅旗車型手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制界面。

圖5 紅旗車型APP控制界面

在本測試環(huán)境下，測試人員不僅可以完成各項(xiàng)遠(yuǎn)程控制功能的正向測試，同時也可以模擬各種故障場景和極限工況的發(fā)生，有效地提高了測試覆蓋度，圖6為電器負(fù)載臺架。例如，測試遠(yuǎn)程尋車功能時，測試人員可以通過測試系統(tǒng)制造T-BOX與PEPS校驗(yàn)不成功或者BCM未正確驅(qū)動轉(zhuǎn)向燈閃爍等故障場景，來評價遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計的正確性和合理性。相比于實(shí)車測試，本測試系統(tǒng)的測試覆蓋度和測試深度得到了顯著提高，如表2所示。

圖6 電器負(fù)載臺架

表2 測試用例對比

6 總結(jié)

本文研究了紅旗車型APP遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的測試方法和開發(fā)過程。本測試系統(tǒng)已完成多款紅旗車型遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的測試任務(wù)，具備良好的通用型和可移植性。相比于實(shí)車測試環(huán)境，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)正向功能測試、極限工況測試以及故障場景測試等多種維度、多種場景下的評價方法，有效地提升了測試覆蓋度和測試深度，顯著地縮短了產(chǎn)品的開發(fā)驗(yàn)證周期。