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HIL测试技术在电控单元开发流程中的应用似的

发布时间:2021-07-21 03:37:40 阅读: 来源:缠绕膜厂家
HIL测试技术在电控单元开发流程中的应用似的

HIL测试技术在电控单元开发流程中的应用

本文分析了使用HIL测试技术对ECU进行功能性测试的必要性与优势。通过应用实例着重介绍了两种基于HIL的ECU测试类型,即单个ECU功能测试和ECU络测试,并讨论了HIL在国内的应用与发展。

V模式开发流程

V模式开发流程是现代最重要的在落实各级地方政府监管的基础上开发方法之一,在这套开发流程中大量使用了计算机辅助控制系统设计(CACSD:Computer-Aided Control System Design)。计算机辅助控制系统设计不仅仅是进行控制方案的设计和离线仿真,还包括实时快速控制原型、产品代码生成和硬件在回路的测试(如图1所示)。这是一个完整的流线型的控制系统开发步骤。

图1 V模式的开发流程

硬件在回路测试

在上述环节中硬件在回路(HIL)测试中承担了重要的任务,其实质是一套与电子控制器真实连接的测试系统,用于检测汽车电子控制器大部分功能性故障。

由于总线技术的发展与成熟,现在汽车已经通过络实现分布式控制功能。而各个ECU之间的交互作用增加,例如共享传感器、计算信息和执行器等。同时,络支持多种总线系统(CAN、LIN、MOST、FlexRay),并且对于大多数的整车厂或系统供应商而言,络中的ECU大部分由不同的厂商提供,这些又都可能成为潜在错误来源(存在产品召回的风险)。

综上所述,由于汽车技术的迅速发展,电控单元(ECU)的复杂程度快速增加,控制算法与功能不断增强,对整车而言还集成了各种总线通信功能、故障诊断(OBD)等功能。传统的检测方法面对复杂的测试需求开始显得力不从心,而在国外各大汽车厂商流行的HIL测试环节中,HIL设备正逐步满足更复杂的测试需求。

一、两种主要的基于HIL的ECU测试类型

1、单个ECU功能测试

一个ECU开发完成后,必须对其功能进行全面的测试。现在由于控制系统所完成功能的日渐复杂性,对其进行全面综合的测试,特别是故障情况和极限条件下的测试就显得尤为重要。如果用实际的控制对象进行测试,很多情况是无法实现的,或要付出高昂的代价;但如果用计算机辅助设计工具对被控对象进行实时仿真,就可以进行各种条件下的测试,特别是故障和极限条件下的测试。

对单个ECU的功能测试包括软件功能集成测试和验收与发布测试。图2显示了利用HIL环境对变速箱ECU(TCU)进行的功能测试。在HIL测试环境的搭建中,我们使用dSPACE的实时控制仿真平台作为实时环境的硬件载体,在MATLAB/SIMULINK中来建立变速箱模型、液力变矩器模型、发动机模型、整车底盘模型以及路面模型等被控对象模型。在通过MATLAB产品家族中的自动代码生成工具(RTW)将上述模型转化为实时代码下载至模拟器设备中的处理器板卡后,即可完成HIL测试环境的搭建。

图2 变速箱ECU开发的HIL测试

首先TCU通过模拟器中专用I/O板卡获取车辆模型发出的状态信号,如发动机转速、变速箱输入与输出转速、发动机油可是如果只是单纯的寻求价格便宜温、换档手柄状态、变速箱档位等,TCU基于这些信号发出对变速箱模型的控制信号,例如换档控制信号、离合器控制信号等。同样,通过模拟器中专用的I/O板卡完成对这些控制信号的采集后,车辆模型将根据控制信号进行状态的更新,模拟车辆的被控动作。

在上述过程中,通过信号调理模块或外围驱动电路模块,模拟器还可以集成一些由于特种玻璃纤维质量轻、弹性强度高传感器或执行器,所以对于一些关键部件模型我们可以采用真实部件取代,例如手柄部件油门踏板,刹车踏板等。同时,可通过模拟器的标准硬件集成相应的诊断或标定工具。

对于功能测试,我们可以通过操作车辆模型模拟平稳加速状态、急加速急减速状态、坡道状态、软件故障状态,甚至一些在现实中很难出现的极端行驶状态,从而测试和评估TCU的控制效果。另外,还可通过模拟器的故障注入单元模拟大量的硬件故障,如传感器输入的开路、短路等,进一步检测TCU的诊断功能。模拟器与TCU之间的接口如图3所示。

图3 模拟器与控制器的接口

面对传统的测试流程,HIL测试环境提供了自动检测的可能性。在上述案例中,我们可通过dSPACE的自动测试软件AutomationDesk完成对上述检测功能的全部操作,并且可生成相应的自动测试报告。这些都大大提高了测试工程师的测试效率。

2、测试ECU络、节点分布式功能

ECU络测试包括络中各ECU的“相互作用”,如总线上的相互行为、络管理、功率消耗、系统集成等。目前,大多汽车中集成了诊断与标定、动力传动控制、底盘控制(ABS、ESP、ASR)、安全气囊、车身电子控制、座位调节、电动后视镜、汽车导航、汽车娱乐媒体等功能,这使得络功能更复杂、更强大。各个ECU必须基于总线技术(如CAN总线)进行信息传递,资源共享。如图4所示,整个汽车络可以分为3类速率不同的络。同一速率的络中每个ECU有控制信号通信,不同速率的抗压夹具 40x40mm 客户自备络中的ECU也有通信,整个络中所有ECU形成一个整体,互相影响,一个ECU的功能出错会影响其他ECU的工作,甚至会引起整个络的崩溃。

图4 车身络拓朴图

单个ECU的一部分功能错误已在开发阶段检测出来,但还有很多错误必须在一个集成的系统中才能被检测出来,因此对ECU络的测试更重要、更复杂。现在流行的虚拟车辆环境可以对ECU络进行测(3)建筑门窗试,而这实质就是HIL测试。特别对于整车厂而言,对于一套络系统的各个ECU可以交给供应商开发,最后必须进行所有ECU集成的测试。在传统方法中,常常采用手动方法在测试台架上或使用原型车辆来对ECU 进行测试。这种测试方法没有或有限的自动操作,没有或有限的可重用性,难以处理ECU不同的变型,并且不能自动生成测试报告。

如图5所示,在HIL测试环境中对ECU络进行测试,除可以进行自动化测试外,还具有很高的可重复性,并且可方便地重现出车辆(总线)中的大量故障。

图5 用于ECU络注测试的HIL台架

HIL测试环境可以测量所有的电气信号,包括总线信号 、测试络负载、络容错能力等;可分阶段地进行系统测试(对未开发好的ECU进行总线仿真),并且能在不同ECU变型结构之间快速切换。

上述的HIL测试环境同样是基于dSPACE的模拟器设备,由于这种设备的可扩展性,它可以灵活地配置大量的输入与输出通道(I/O,模拟量,PWM)、信号调理模块、驱动电路模块、电源管理、通信接口(CAN、LIN、FlexRay等)、负载模块和故障模拟模块等。

图6所示为一个对ECU络测试的具体方案,其中主要有3台模拟器设备,第一台主要模拟动力传动模型,与发动机控制器、变速箱控制器等连接;第二台主要模拟车辆动力学模型、动力转向模型等;第三台模拟各种车辆通信部件模型。3台模拟器设备通过CAN总线和高速传输总线连接,其中CAN总线传输络中各ECU的传递信息,高速传输总线传输各车辆模型的仿真计算数据;同时还有专门的CAN络故障模拟器分别与各模拟器设备连接;最后所有模拟器和故障模拟器通过专门的信号接口与PC总控制台连接,实现模拟器的模型下载、故障类型设置、信号采集、调参等。这样基于虚拟车辆,通过确定测试需求,制定测试流程,我们可以对整个ECU络进行测试。

图6 ECU络测试的具体方案

HIL测试技术的展望

HIL测试可以为ECU的控制算法及功能开发提供良好的闭环开发环境,为开发成果转化成产品提供有效支GB 81095持。零部件供应商通过HIL测试系统可以快速开发与完善ECU控制功能;整车厂可以利用HIL测试系统对单个ECU进行功能测试,故障排除,更重要的是对集成多个ECU的络进行测试,完善所设计的系统产品。

而开发经验的积累,开发流程的细化与规范,各种控制学科的支持,应用环境与各种法规的完善制定,都为HIL测试技术的完善与规范提供良好的基础与必要的支持。目前,国内许多汽车企业,如一汽技术中心、一汽大众、东风汽车等在恒润科技的技术支持下,成功应用HIL测试进行ECU及络的开发和测试,并已取得满意的效果。(end)

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