汽车智能远程控制与整车控制功能仿真验证技术与方法

黄胜龙;赵德银;周时莹;张东波;许中芳

【摘要】随着车辆智能化与网联化水平的不断提高,整车控制器(VCU)和智能控制终端(ICU)逐渐成为车辆控制中不可缺少的重要系统.本文基于硬件在环虚拟仿真技术,根据整车智能远程控制的测试需求,提出一种满足ICU和VCU及两个控制器交互功能及故障诊断测试要求的创新型设备的硬件设计方案.并结合整车HIL仿真系统,应用自动化测试技术,验证智能远程控制与整车控制器在整车电子电气工作环境中的功能控制与协同效果.在车辆各种仿真场景下,验证智能远程控制的正确性、故障诊断及失效模式.

【期刊名称】《汽车技术》

【年(卷),期】2018(000)010

【总页数】4页(P20-23)

【关键词】硬件在环;智能控制终端;整车控制器;自动化测试

【作者】黄胜龙;赵德银;周时莹;张东波;许中芳

【作者单位】中国第一汽车集团有限公司智能网联开发院,长春 130011;中国第一汽车集团有限公司智能网联开发院,长春 130011;中国第一汽车集团有限公司智能网联开发院,长春 130011;中国第一汽车集团有限公司智能网联开发院,长春 130011;中国第一汽车集团有限公司智能网联开发院,长春 130011

【正文语种】中文

【中图分类】U467.1

1 引言

智能远程控制器与整车控制器协调控制能有效提高汽车的智能化水平，提升用户体验，是汽车智能网联领域的重要技术。

本文针对智能远程控制与整车控制功能的测试需求，基于硬件在环（Hardware In the Loop,HIL）仿真技术提出了一套虚拟仿真环境下的全自动测试方案，设计了一套高效自动

化测试系统，并实现与整车仿真系统的融合，满足其软硬件开发及测试需求。在该测试设备上实现了对智能远程控制与整车控制功能的自动化测试与验证，通过上位机软件实现完全自动化测试[1]。本测试方案具有测试环境仿真方便、功能和故障测试覆盖全、安全、高效的特点。

2 智能与整车控制器测试平台总体方案

本测试设备及技术基于整车HIL测试环境，在整车仿真环境中接入ICU及VCU专有测试设备，可以在整车各个ECU的仿真工作环境下对智能控制与整车控制功能和故障诊断等方面进行全面的测试。

将ICU和VCU控制器接入该测试设备，通过整车动力学和道路场景模型模拟整车运行环境，并通过HIL电子硬件通道仿真控制器所需的传感器信号，同时，采集控制器发出给执行器的控制信号。这样，形成一套完整的ICU与VCU控制器闭环测试系统[2]。

本测试方案如图1所示，交直流充电座温度传感器信号、电池紧急控制信号、加速踏板传感器信号、真空度传感器信号、电机水温传感器信号、环境压力传感器信号、制动开关信号

、交直流充电连接确认信号由整车动力学模型计算输；Epark防盗验证、与PEPS交互、电池电压、高压电池状态、工作模式等通过IO通道和CAN通道模拟，形成整车控制器的闭环测试环境。

图1 测试方案框图

3 测试平台硬件方案

3.1 测试平台硬件方案设计

智能远程控制与整车控制测试平台由电源模拟及管理、传感器故障注入、执行器故障注入、信号调理、实时处理器及真实控制器等多个部分组成。其中实时处理器作为本平台数据处理中枢，用于运行车辆动力学模型、IO模型、电机模型、电池模型等仿真模型。本平台硬件支持模拟ICU及VCU所需的所有传感器信号，并接收VCU发出的执行器信号，由此来判定远程控制及整车控制功能和逻辑是否满足设计要求。测试方案框图如图2所示。

图2 ICU与VCU控制器HIL测试方案详细框图

3.2 测试平台电源管理

本测试平台的供电系统，不仅模拟车上常规的电源，如KL15、KL30、KL87等，还测量ECU工作时消耗的电流，尤其是静电流。为了实现ECU的低电压测试，采用电源切换板HS6201实现两个不同电源的切换。也可以切换到一个可以高速控制的电源，来模拟电压突变。该模块提供多个带电流测量的电源输出，用于为ECU供电。

3.3 测试平台信号调理与网络测试

仿真模型中信号为数字量，需通过信号调理来实现仿真数字信号与真实信号之间的转换。在本测试平台中信号调理的实现方式为信号调理载板加不同的信号调理模块。信号调理载板用于将需要进行调理的信号连接到信号调理模块，并可以实现与不同的信号调理模块的连接。每种信号调理模块有特定的用途，用于实现一组信号（4或者8通道）的调理。包括：数字信号输入、输出调理和模拟信号输入、输出调理。CAN通信测试方案如图3所示。

图3 CAN通信测试方案

为了实现对整车网络中信号的操作，需对整车网络路由进行重新设计。特别开发出一套可

以随意切换网络通道的“虚拟网关”，通过“虚拟网关”，可以断开特定的ECU和网络其它部分之间的通讯信号，或者进行字节操作、定时操作、屏蔽某条报文，甚至对报文长度进行操作。利用总线仿真，可以模拟一个不存在的或者临时关掉的ECU发送的报文。但总线仿真不是模拟替代的CAN节点的功能，而是模拟CAN节点的通讯功能。

3.4 故障注入

故障注入用于为ECU模拟各种硬件故障，如短路、断路。用于测试ECU的故障诊断功能。ECU的输出端首先连接到BOB（Break-Out-Box），通过BOB，可以方便地手动断开或连接任意一个信号，也可以方便地从BOB测量任意一个信号。接着，ECU的输出信号连接到故障注入板，可以模拟对地短路、对电源短路、开路等故障。通过故障注入板的ECU输出信号分别连接到负载（驱动负载用）和信号调理板（采集ECU的输出信号用）。EFI（Electrical Failure Insertion）软件通过PC机的串口控制故障注入板卡可自动实现BOB功能及连接、断开等操作来实现相应的故障模拟。

3.5 整车控制器测试硬件资源分配

按照VCU控制器管脚类型，可分为PWM_In、PWM_Out、Dig_In、Dig_Out、AN_In、AN_Out、RES_In、VSS、GND、CAN_H、CAN_L等信号类型，同时，根据该分类配置相应的IO硬件资源，将VCU与整车仿真环境连接起来。表1为VCU与HIL测试平台资源的对应表，VCU控制器管脚与设备信号IO、故障注入、监测资源一一对应。

表1 VCU控制器与HIL平台连接信号示例PIN No.A7 A22 K40 K48 K49 K51 K52 K55 K80 PIN Description电动水泵I电动水泵III D-OUT9/两通水阀PT CANH PT CANL加速踏板传感器接地端加速踏板传感器供电加速踏板传感器信号直流充电座温度传感器IO Type PWM_OUT PWM_OUT DIG_OUT CANH CANL Sensor_GND AN_OUT AN_IN RES_IN

除了配置信号调理电路，同时，在各信号IO端配置故障注入、大电流故障注入、电流测量、负载等资源，以对相应管脚进行对应的故障注入和状态检测，从而仿真模拟ICU、VCU正常工作状态及故障状态。

图4为ICU、VCU控制器与HIL测试实际连接图，控制器各管脚对应相应的硬件资源，该部分不仅是硬件与软件的接口，也是各管脚信号IO与故障注入的载体。

图4 ICU与VCU控制器与HIL平台连接

4 测试平台软件方案

为了实现在测试中与测试平台的交互，本测试平台采用上位机控制软件与目标机受控对象模型连接，目标机受控对象模型与测试设备资源一一对应。通过该模型可实现人员—上位机—测试设备的实时互联及数据的实时访问。这样，通过上位机既可以实时控制测试设备资源，亦可实时监测测试设备及被测控制器状态。

4.1 VCU测试IO模型

IO模型将上位机测试软件与ICU、VCU测试设备相关资源实现一一对应的连接，例如，ICU或VCU控制器接受或发送的所有报文信号。与其它模型相比，该模型对应关系更清晰，便于不同平台模型的移植[3]。上位机测试软件可通过监测控制器的报文信号来监测控制器的实时状态。同时，也可对该控制器进行网络及电气故障的注入，再通过控制器的故障码及控制信号验证该控制器的故障诊断功能。

4.2 上位机测试软件

上位机测试软件是控制和监测测试设备状态的接口，其中各个模块对应所需控制或监测的

量。

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