汽車在線升級系統(tǒng)仿真測試平臺(tái)

朱永健 王曼娜 張行 鞠偉男

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

0 引言

在汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢下，汽車成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端，在線升級（Over The Air，OTA）技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。隨著汽車OTA 技術(shù)普及應(yīng)用，新車型搭載OTA 功能已成為主流趨勢，升級內(nèi)容也從軟件（Software OTA，SOTA）擴(kuò)展到固件（Firmware OTA，F(xiàn)OTA），汽車產(chǎn)品競爭力和生命周期將被重新定義[1]。與傳統(tǒng)的消費(fèi)者到4S 店進(jìn)行線下軟件升級相比，OTA 升級更好地解決了以下3 個(gè)問題：（1）降低缺陷產(chǎn)品召回成本，降低產(chǎn)品負(fù)面影響；（2）更新擴(kuò)展功能，增加用戶體驗(yàn)；（3）加快車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)建設(shè)[2]。

當(dāng)前，OTA 技術(shù)已成為眾多汽車制造商的標(biāo)準(zhǔn)配置。同時(shí)，由于OTA 技術(shù)可能會(huì)帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)，特別是汽車電子控制單元（Electronic Control Unit,ECU）固件更新的FOTA 技術(shù)。因此，針對OTA系統(tǒng)的測試就尤為重要。2022 年4 月15 日工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心發(fā)布《關(guān)于開展汽車軟件在線升級備案的通知》[3]。該通知發(fā)布一方面印證了OTA技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，另一方面也說明了汽車OTA技術(shù)的兼容性和可靠性需要經(jīng)過嚴(yán)格的測試驗(yàn)證。然而在實(shí)際測試過程中，OTA 測試在實(shí)車工況難以實(shí)現(xiàn)，特別是刷寫穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)工況、故障工況等，并且企業(yè)需要測試的車型多、版本多，人工測試工作量大、成本高、效率低。因此，本文設(shè)計(jì)了一套汽車OTA 仿真測試平臺(tái)，旨在解決實(shí)車OTA 測試和人工測試帶來的問題。

1 OTA技術(shù)

OTA 技術(shù)是通過無線通信的方式將OTA 云服務(wù)器的軟件升級包下發(fā)到車輛端，對被升級的控制器進(jìn)行升級的過程。OTA 流程見圖1，詳細(xì)闡述如下。

圖1 OTA流程

（1）升級包發(fā)布

待升級的升級包打包上傳到內(nèi)容服務(wù)提供商（Telematics Service Provider, TSP）云服務(wù)器后進(jìn)行加密和簽名，傳輸條件滿足后傳遞至車輛端。

（2）升級包下發(fā)

車輛端主節(jié)點(diǎn)（Master）在接收到OTA 云服務(wù)器的軟件升級包后進(jìn)行存儲(chǔ)，在滿足推送條件后提示用戶進(jìn)行升級；用戶確認(rèn)升級后進(jìn)入升級流程，Master會(huì)對升級的前置條件進(jìn)行判斷，如擋位、車速、電池荷電狀態(tài)（State of Charge,SOC）等。

（3）升級包刷寫

滿足前置條件后，對升級包進(jìn)行解密驗(yàn)簽，對相應(yīng)的控制器進(jìn)行刷寫[4-5]。

2 OTA測試環(huán)境

汽車OTA 系統(tǒng)仿真測試平臺(tái)具備零部件刷寫測試、系統(tǒng)集成測試以及整車測試與驗(yàn)證的軟件升級全生命周期的自動(dòng)化測試能力。

在整車V字型開發(fā)模型中（圖2），主要測試包括：

圖2 OTA開發(fā)流程

（1）零部件刷寫測試

針對整車研發(fā)初期的零部件開發(fā)階段，零部件開發(fā)完成后，需要進(jìn)行零部件刷寫功能的Bootloader 測試和Master功能測試。

（2）系統(tǒng)集成測試

零部件開發(fā)完成后，所有零部件需要安裝在仿真測試臺(tái)架，進(jìn)行OTA 系統(tǒng)集成測試，包括車端測試和云端測試。

（3）整車仿真測試

集成測試完成后，在實(shí)車場景下，驗(yàn)證整車OTA功能的安全性和可靠性[6]。

3 OTA系統(tǒng)仿真測試平臺(tái)

OTA 系統(tǒng)仿真測試平臺(tái)由OTA 自動(dòng)化測試機(jī)柜和系統(tǒng)測試臺(tái)架組成（圖3）。

圖3 系統(tǒng)方案

測試機(jī)柜提供滿足OTA 測試系統(tǒng)運(yùn)行以及仿真的環(huán)境，主要包含工控機(jī)、程控電源、通信總線接口卡、輸入/輸出（Input/Output,I/O）板卡等。工控機(jī)運(yùn)行上位機(jī)系統(tǒng)環(huán)境及仿真環(huán)境，總線接口卡和I/O 板卡模擬、采集待測ECU測試所需的信號(hào)。

測試臺(tái)架提供被測ECU 的放置架、斷線測試盒（Break-Out Box, BOB）信號(hào)轉(zhuǎn)接盒和接線端子等。

3.1 測試機(jī)柜

測試機(jī)柜搭載的OTA 測試系統(tǒng)軟件，功能包括仿真與分析、軟件集成及測試，用于零部件刷寫測試、系統(tǒng)集成測試和整車仿真測試。

3.1.1 控制器仿真

測試系統(tǒng)上位機(jī)分別仿真OTA 主節(jié)點(diǎn)和被刷節(jié)點(diǎn)，模擬測試過程中發(fā)送和監(jiān)控信號(hào)，驗(yàn)證OTA 主節(jié)點(diǎn)和被刷節(jié)點(diǎn)的測試結(jié)果。

3.1.2 流程仿真

上位機(jī)對OTA 主節(jié)點(diǎn)和云端服務(wù)器的升級流程進(jìn)行測試（圖3）。第1，上位機(jī)配置測試任務(wù)，同時(shí)將測試任務(wù)下發(fā)到車端；第2，云服務(wù)器配置升級任務(wù)，并將升級任務(wù)下發(fā)到車端，進(jìn)行升級包創(chuàng)建、升級任務(wù)發(fā)布、人機(jī)界面的升級任務(wù)檢測、任務(wù)下載、升級前置條件檢測和升級任務(wù)執(zhí)行；第3，在升級流程進(jìn)行中通過BOB 注入故障，模擬異常場景；第4，通過CANoe監(jiān)控并記錄升級的數(shù)據(jù)信息。

3.1.3 場景仿真

場景仿真使用可編程工具控制或模擬車端信號(hào)的方式，模擬OTA 升級過程中可能出現(xiàn)的各種異常場景，并通過監(jiān)控OTA 執(zhí)行中的數(shù)據(jù)，分析判斷是否符合預(yù)期。異常場景庫是根據(jù)測試規(guī)范預(yù)先設(shè)計(jì)的可執(zhí)行腳本集合，使用中可根據(jù)測試場景需要調(diào)整腳本中的參數(shù)。按照建立的異常場景庫，測試OTA 流程是否存在功能缺陷，如果存在，則記錄相應(yīng)的場景數(shù)據(jù)。

異常場景庫包括用戶操作異常、車況異常和網(wǎng)絡(luò)異常。其中，用戶操作導(dǎo)致的異常主要包括升級過程中對車輛的使用異常，例如車輛起停、車機(jī)系統(tǒng)復(fù)位、車輛上下電使用異常。車輛狀況的異常主要包括零件號(hào)不匹配、軟件不匹配和關(guān)聯(lián)件不兼容。車輛網(wǎng)絡(luò)異常主要包括下載通訊網(wǎng)絡(luò)異常和車內(nèi)通訊網(wǎng)絡(luò)異常。

3.1.4 測試系統(tǒng)

OTA 測試系統(tǒng)基于測試腳本工具，綁定測試用例，創(chuàng)建測試任務(wù)并進(jìn)行自動(dòng)化OTA測試。

創(chuàng)建測試任務(wù)之后，通過測試任務(wù)管理測試用例，包括車、管、云協(xié)同執(zhí)行測試用例，測試用例獨(dú)立運(yùn)行，互不影響。測試結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)生成測試報(bào)告。

測試系統(tǒng)支持零部件測試、系統(tǒng)集成測試和整車測試與驗(yàn)證。通過修改測試系統(tǒng)配置參數(shù)，覆蓋整車開發(fā)周期中不同階段的測試場景。

3.2 測試臺(tái)架

測試臺(tái)架的功能為能夠?qū)崿F(xiàn)整車多個(gè)ECU 同時(shí)進(jìn)行測試。

3.2.1 斷線測試盒（BOB）信號(hào)轉(zhuǎn)接盒

斷線測試盒（BOB）功能為實(shí)現(xiàn)單個(gè)ECU 的上下電、總線斷路和配置終端電阻功能。BOB轉(zhuǎn)接盒分為3類：

（1）普通BOB

功能為支持上下電，2路CAN和5路LIN通信。

（2）網(wǎng)關(guān)BOB

功能為支持上下電，3路CAN和7路LIN通信。

（3）以太網(wǎng)BOB

功能為以太網(wǎng)接口，可以接3路1000/100Base-T1雙絞線。

3.2.2 測試臺(tái)架實(shí)現(xiàn)

首先根據(jù)設(shè)計(jì)需求確定3 種BOB 轉(zhuǎn)接盒類型和數(shù)量。其次根據(jù)實(shí)際需求，按照臺(tái)架網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將3 種BOB 轉(zhuǎn)接盒進(jìn)行排布，實(shí)際每個(gè)BOB 對應(yīng)的位置是固定的，所以每次更換拓?fù)鋱D的時(shí)候，需要更改線束和相應(yīng)的BOB布局。

4 系統(tǒng)測試

4.1 測試案例

以升級前先決條件檢測為例，分別執(zhí)行不滿足先決條件的測試和滿足先決條件的測試，判斷機(jī)制在Master中進(jìn)行，測試流程設(shè)計(jì)如下（圖4）。

圖4 先決條件測試流程

（1）開始測試流程。

（2）測試平臺(tái)進(jìn)行設(shè)備自檢，若自檢通過，則進(jìn)入下一步操作；若自檢不通過，則測試結(jié)束。

（3）測試平臺(tái)依次設(shè)置不滿足先決條件的信號(hào)。（4）被測對象觸發(fā)升級。

（5）測試平臺(tái)判斷被測系統(tǒng)是否進(jìn)入升級。

（6）若被測對象未進(jìn)入升級流程，則符合法規(guī)要求，并重復(fù)操作所有先決條件不滿足測試。

（7）若被測對象進(jìn)入升級流程，則不符合法規(guī)要求，測試結(jié)束。

（8）所有先決條件不滿足測試結(jié)束后，測試平臺(tái)設(shè)置滿足先決條件的信號(hào)。

（9）被測對象觸發(fā)升級。

（10）測試平臺(tái)判斷被測系統(tǒng)是否進(jìn)入升級。

（11）若被測對象進(jìn)入升級流程并完成升級，測試結(jié)束。

（12）若被測對象未進(jìn)入升級流程，則不符合法規(guī)要求，測試結(jié)束。

4.2 測試結(jié)果

如圖5 為某控制器升級前先決條件判斷的日志，Master 會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)需求去判斷車速、電池荷電狀態(tài)（SOC）、電源模式、車輛模式和充電狀態(tài)。Master 設(shè)置先決條件判斷的條件如下。

（1）車速≤4 km/h。

（2）70%≤SOC≤100%。

（3）電源模式為0（ON擋）。

（4）車輛模式不為1（未保持P擋會(huì)置1）。

（5）充電狀態(tài)為1（未充電）。

其中臺(tái)架模擬發(fā)送信號(hào)條件如下。

（1）車速為0 km/h。

（2）電量為50%。

（3）電源模式為ON擋。

（4）車輛模式P擋，未充電狀態(tài)。

（5）模擬當(dāng)前SOC 為50%，不滿足70%≤SOC≤100%的要求，SOC 判斷不通過，前置條件判斷不通過，不能進(jìn)入升級流程。

車機(jī)端給用戶的提示結(jié)果如圖6 所示，提示SOC條件不滿足升級條件，與Master抓取的日志結(jié)果一致。

圖6 車機(jī)端先決條件判斷結(jié)果

4.3 測試總結(jié)

根據(jù)汽車OTA 系統(tǒng)仿真測試平臺(tái)的測試結(jié)果與車機(jī)端實(shí)際顯示的結(jié)果對比一致，該測試平臺(tái)測試效果滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

OTA技術(shù)成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能優(yōu)化和迭代升級的重要手段，需要通過OTA技術(shù)升級的ECU數(shù)量也越來越多，對OTA進(jìn)行全面綜合的測試，特別是可靠性和穩(wěn)定性測試就顯得尤為重要。汽車OTA系統(tǒng)仿真測試平臺(tái)通過軟硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，解決整車企業(yè)OTA測試問題。該測試平臺(tái)是一個(gè)可覆蓋OTA 全功能、全場景以及穩(wěn)定性測試的自動(dòng)化測試平臺(tái)。

汽車OTA 系統(tǒng)仿真測試平臺(tái)相較于當(dāng)前人工手動(dòng)OTA 測試方式，縮短了研發(fā)周期、降低了研發(fā)成本、提高了測試的準(zhǔn)確性。