雷雨龍，曾華兵，蔣 鑫

(1.吉林大學(xué)，汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130025;2.中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，汽車電子部，長(zhǎng)春 130011)

前言

在電子控制單元(electronic control unit，ECU)的整個(gè)軟硬件測(cè)試過程當(dāng)中，硬件的測(cè)試工作相對(duì)規(guī)范和簡(jiǎn)單，而其軟件測(cè)試過程卻因所嵌入對(duì)象的復(fù)雜性與特殊性，變得相對(duì)復(fù)雜和困難［1］。為解決ECU在測(cè)試過程中的難題，研究人員提出了以下幾種仿真測(cè)試方法:硬件在環(huán)仿真(hardware-in-theloop simulation，HIL)、軟件在環(huán)仿真(software-inthe-loop simulation，SIL)和模型在環(huán)仿真(model-inthe-loop simulation，MIL)［2］。盡管現(xiàn)在已有不少關(guān)于測(cè)試技術(shù)的理論研究，但對(duì)于軟件的測(cè)試卻還不夠成熟，測(cè)試人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)在很大程度上決定設(shè)計(jì)出的測(cè)試用例［3-4］。針對(duì)重型商用車電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過研究自動(dòng)變速器控制單元(transmission control unit，TCU)控制軟件工程，給出一種系統(tǒng)的TCU測(cè)試方案，對(duì)其進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的底層硬件接口測(cè)試和基于硬件在環(huán)的控制策略測(cè)試，及時(shí)存儲(chǔ)和分析整個(gè)測(cè)試過程中出現(xiàn)的問題，縮短檢測(cè)時(shí)間，保證產(chǎn)品可靠［5］。

1 重型商用車AMT的HIL仿真模型

AMT的HIL測(cè)試設(shè)備的模型部分按功能可劃分為4個(gè)部分:整車系統(tǒng)模型、dSPACE外圍設(shè)備IO模型、模型交互界面和用戶人機(jī)交互界面。它們之間相互關(guān)聯(lián)。整個(gè)模型的最頂層設(shè)計(jì)如圖1所示。整車系統(tǒng)模型中仿真車輛及部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞給其它3個(gè)模塊，同時(shí)接受IO模型從硬件中采集的對(duì)被控對(duì)象的控制信號(hào)，以及交互模型對(duì)車輛本身的駕駛和道路信息［6］。

整車系統(tǒng)模型是整個(gè)AMT硬件在環(huán)測(cè)試模型的核心，它須盡可能地模擬被控對(duì)象在控制器控制下的受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。它包含發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系統(tǒng)模型、車輛動(dòng)力學(xué)模型、駕駛員與道路模型和變速器控制器(TCU)模型。整車系統(tǒng)模型應(yīng)能模擬真實(shí)車輛的運(yùn)行情況，由于測(cè)試不包含車輛轉(zhuǎn)向行駛工況，所以整車系統(tǒng)模型僅考慮縱向自由度，測(cè)試重點(diǎn)在于對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制情況，故在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)開發(fā)較為詳細(xì)的模型，須考慮換擋沖擊、離合器接合等過程，由于沒有對(duì)動(dòng)力總成的測(cè)試，故動(dòng)力總成模型可搭建簡(jiǎn)單的功能模型，不需要考慮進(jìn)排氣、溫度、壓力等的變化。圖2為整車系統(tǒng)模型Simulink結(jié)構(gòu)圖。

模型除考慮了車輛部件模型之外，還考慮了控制信號(hào)的輸入輸出。故在模型的左邊和右邊分別加入控制信號(hào)的輸入和輸出兩個(gè)模塊。

本文中建立了基于dSPACE硬件平臺(tái)的MATLAB/Simulink硬件在環(huán)仿真模型，該模型具體分為發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、傳動(dòng)系模塊、車輛動(dòng)力學(xué)模塊、道路駕駛員模塊。其中重點(diǎn)是車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)模塊，所建模型為TCU控制策略層測(cè)試技術(shù)提供了仿真平臺(tái)［7］。

2 TCU底層基本功能測(cè)試方法

對(duì)重型商用車AMT的TCU底層部分進(jìn)行的基本功能測(cè)試主要是為保證TCU底層各驅(qū)動(dòng)模塊、輸入輸出設(shè)備等能夠正常工作，測(cè)試相關(guān)代碼能夠正常運(yùn)行，相關(guān)的驅(qū)動(dòng)功能能夠?qū)崿F(xiàn)，確保下一步對(duì)TCU控制策略等的測(cè)試能夠順利進(jìn)行，有助于上層應(yīng)用開發(fā)，并進(jìn)行相關(guān)驅(qū)動(dòng)測(cè)試計(jì)劃的制定［8］。

測(cè)試主要針對(duì)CAN驅(qū)動(dòng)模塊、串行外部接口(serial peripheral interface，SPI)驅(qū)動(dòng)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換(analog-to-digital converter，AD)模塊和應(yīng)用程序接口(application interface，API)等部分。

測(cè)試的主要工作就是對(duì)上述模塊中的部分底層功能進(jìn)行功能驗(yàn)證。API驅(qū)動(dòng)包括:電流輸出驅(qū)動(dòng)、診斷驅(qū)動(dòng)、CCP通信驅(qū)動(dòng)、EEPROM驅(qū)動(dòng)、MCU驅(qū)動(dòng)、CAN通信驅(qū)動(dòng)、電流輸出驅(qū)動(dòng)、開關(guān)量輸入驅(qū)動(dòng)、開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)、傳感器信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)、FLASH驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)。

測(cè)試方法是采用AMT系統(tǒng)測(cè)試負(fù)載箱，通過負(fù)載箱發(fā)送輸入量信號(hào)或改變輸入量信號(hào)狀態(tài)，在任務(wù)中使用測(cè)試用例調(diào)用對(duì)應(yīng)的API接口，讀取輸入量并將所讀的輸入值通過CAN通信接口發(fā)送到CAN總線上，利用USBtoCAN觀察輸入值是否正確，通過上位機(jī)PC進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)試中的各種工具連接方式如圖3所示。對(duì)于輸出量，在任務(wù)中用測(cè)試用例調(diào)用對(duì)應(yīng)API接口，通過示波器觀察輸出量是否滿足要求，上位機(jī)PC負(fù)責(zé)監(jiān)控指令的發(fā)送與響應(yīng)和指令的接收情況，提供友好的人機(jī)交互界面及診斷、顯示、打印等功能。它們通過 CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。

TCU上層控制策略的測(cè)試是以所建的重型商用車AMT硬件在環(huán)仿真模型為測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行的。基于dSPACE的重型商用車AMT模型代替真實(shí)車輛，與TCU連接，向TCU發(fā)送各種傳感器信息，接收TCU控制指令，模擬車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，通過CANape實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛狀態(tài)，采集所需數(shù)據(jù)［9］。在測(cè)試過程中，dSPACE充當(dāng)系統(tǒng)控制對(duì)象，模擬被控對(duì)象所產(chǎn)生的信號(hào)，以檢驗(yàn)控制算法的正確性和可靠性。

3 測(cè)試用例

硬件在環(huán)系統(tǒng)所用到的測(cè)試工具有:HIL仿真模型、dSPASE(運(yùn)算單元:dSPASE 1006，信號(hào)模擬dSPASE 1006)、Control Desk控制平臺(tái)、USB Multilink、監(jiān)控工具CANape、測(cè)試對(duì)象 TCU和連接線束。連接示意圖如圖4所示，行使系統(tǒng)控制任務(wù)的PC機(jī)與dSPASE硬件設(shè)備相連，由PC機(jī)負(fù)責(zé)向dSPASE下載模型，驅(qū)動(dòng)板卡接口等，TCU與dSPASE硬件之間需要轉(zhuǎn)換接口，CANape從TCU讀取信息，監(jiān)控整個(gè)仿真系統(tǒng)［10-11］。

dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)與MATLAB/Simulink進(jìn)行完全無縫連接，通過運(yùn)用MATLAB/Simulink的RTW模塊能夠?qū)崿F(xiàn)代碼的快速生成與下載，RTI模塊的運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)MATLAB/Simulink仿真模型與dSPACE接口之間的連接，dSPACE的實(shí)時(shí)控制軟件ControlDesk能夠搭建出圖形化的界面，便于控制和實(shí)時(shí)觀測(cè)，如圖5所示。

車輛功能和性能測(cè)試包括前進(jìn)擋起步、倒擋、手動(dòng)升降擋、自動(dòng)升降擋、滑行模式下降擋點(diǎn)、緊急制動(dòng)摘空擋、巡航模式、自動(dòng)模式下對(duì)換擋進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)、自動(dòng)擋換擋時(shí)間、車輛前進(jìn)時(shí)掛入倒擋、車輛后退掛入前進(jìn)擋、儲(chǔ)氣筒壓力不足、經(jīng)濟(jì)模式換擋、動(dòng)力模式換擋、氣壓傳感器數(shù)據(jù)采集、CAN報(bào)文接收處理、CAN報(bào)文發(fā)送處理、離合器控制系統(tǒng)的超調(diào)后不回調(diào)、擋位開關(guān)量傳感器的濾波處理、手柄處理模塊數(shù)據(jù)采集和手柄模塊處理開關(guān)有效狀態(tài)等測(cè)試。一些誤操作測(cè)試，如車輛前進(jìn)時(shí)掛入倒擋測(cè)試，要比做實(shí)車試驗(yàn)硬件在環(huán)測(cè)試安全，且能達(dá)到測(cè)試目的。由于測(cè)試過程相似，下面以車輛前進(jìn)時(shí)掛入倒擋為例說明測(cè)試過程。

(1)利用USB Multilink連接電腦與被測(cè)TCU，將目標(biāo)程序下載到TCU中。閉合鑰匙門，重新給鑰匙門上電，運(yùn)行測(cè)試仿真模擬器程序，進(jìn)入Control Desk界面。打開CANape軟件，開始監(jiān)控，等待測(cè)試。

(2)根據(jù)具體測(cè)試用例在Control Desk中進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，選定相關(guān)的CANape監(jiān)控量，開始測(cè)試。

(3)車輛正常起步，達(dá)到一定車速，在前進(jìn)過程中掛入倒擋，觀察車輛運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)計(jì)本測(cè)試用例過程中車輛應(yīng)該發(fā)出報(bào)警，并不掛入倒擋。

(4)對(duì)測(cè)試過程、結(jié)果進(jìn)行記錄，與預(yù)計(jì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如果與預(yù)測(cè)結(jié)果間存在差別，應(yīng)分析差別原因。

圖6為通過CANape監(jiān)測(cè)到的車輛前進(jìn)時(shí)掛入倒擋的測(cè)試曲線，可以看到，車輛在前進(jìn)過程中，誤操作掛入倒(R)擋時(shí)，車輛實(shí)際擋位并沒有隨之改變，控制程序邏輯正確，避免出現(xiàn)危險(xiǎn)情況。圖7～圖9分別為前進(jìn)擋起步測(cè)試、緊急制動(dòng)摘空擋測(cè)試和巡航模式測(cè)試的監(jiān)測(cè)曲線。

4 結(jié)論

對(duì)TCU的基本硬件進(jìn)行了研究，主要針對(duì)控制器中CAN驅(qū)動(dòng)模塊、串行外部接口驅(qū)動(dòng)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和應(yīng)用程序接口提出了TCU底層基本功能的測(cè)試方法，利用dSPACE硬件在環(huán)仿真模型提出了TCU控制策略層的測(cè)試方法，dSPACE硬件平臺(tái)與TCU接口連接，仿真模型代替實(shí)驗(yàn)車驗(yàn)證TCU控制策略的穩(wěn)定性和正確性，實(shí)現(xiàn)了功能性能試驗(yàn)測(cè)試。針對(duì)dSPACE進(jìn)行的控制策略層測(cè)試基本上屬于手動(dòng)測(cè)試，可以利用Automotion Desk軟件編寫測(cè)試用例，自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)無人化測(cè)試。

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