整车五大域控制器测试

1.1 行业背景

近年来，随着新能源汽车的大规模推广应用，新能源汽车控制系统及零部件的开发与测试技术也得到了快速发展，但同时市场竞争也越来越激烈，消费者对新能源汽车的驾乘感受及安全要求也越来越高。车身域控制系统、动力域控制系统、底盘域控制系统、ADAS域控制系统和信息娱乐域控制系统，作为新能源汽车的五大域控制系统，其产品品质将直接决定整车的动力性、安全性和舒适性。因此，整车级控制系统的开发和集成测试将是新能源整车开发过程中至关重要的环节。提高测试的广度和深度对于整车、子系统及零部件的产品品质把关也尤为重要，可有助于主机厂不断优化产品，提高产品品质。在品质和进度的双重要求下，如何完成整车级系统集成测试，直接影响产品研发周期的长短，进而影响品质和成本[1]。

对于主机厂而言，实验室的台架测试技术可以尽早发现并改正错误、降低成本。为了确保设计的可靠性，无疑需要增加测试的难度和周期，但市场的需求是希望设计周期更短，解决这一问题的方法是将道路试验和实车测试转化为实验室测试，在设计早期完成[2]。此外，只有将部件集成起来并运行于真实环境和实时条件下时，一些系统缺陷才会暴露出来，这让测试成为了一门跨部门和跨厂商的学科[2]。

1.2 整车测试技术简介

汽车行业对于测试技术的定义是：根据系统开发阶段的规格说明和程序的内部结构而精心设计的一批测试用例（输入数据和预期的输出结果），并利用这些测试用例去运行系统，以发现错误的过程。测试的主要目的是保证品质、降低成本，对于主机厂而言，可以确保新车型上市时间，提高产品品质，提升客户满意度。

整车测试一般也要分阶段进行，不同阶段的测试对应了不同层次的阶段产品；针对测试对象的不同特点采用不同的测试技术，可以发现不同特征的错误，进而使整车在多层次测试中不断提高产品品质。参考图1整车开发测试环节示意图。

图1 整车开发测试环节示意图

整车级功能测试，一般可以分为部件级、系统级和整车级测试。

1） 部件级测试主要解决单个部件的控制功能测试验证，集中注意力于零部件的基本组成部分；首先需要保证每一个零部件测试通过，是下一步把部件组装成系统并进行正确测试的基础。部件相对规模较小，复杂性较低，因而发现错误后容易隔离和定位，有利于查找问题。

2） 系统级测试主要解决域内各系统联合运行的联合仿真及功能验证，可以检验部件与部件之间的接口关系；系统级测试是发现和改正模块接口错误的重要阶段。

3） 整车级测试主要解决各域控制系统间的联合运行功能测试验证，可以提前发现问题，尽可能保证在整车道路试验中少出问题。

2 整车功能验证台架解决方案

本文根据目前的行业技术背景，提出一种整车功能验证台架解决方案，建设整车级仿真测试功能台架，用于新能源汽车车身域、动力域、底盘域、ADAS域和信息娱乐域五大域控制系统的测试验证。

该测试验证台架方案可以支持各子系统域零部件在装车前完成整车级的集成测试，同时也支持各域单独的系统级测试；也可以通过主控系统软件对该台架的各个设备进行集中控制，根据不同的测试项目和系统状态进行控制，实现自动化测试。

2.1 车身域测试系统解决方案

车身域HIL台架可以通过各种软件控制的硬件板卡、总线接口虚拟出整车的各种工作环境，可以真实模拟各种传感器，模拟电机电阻负载与其他复杂信号，与车辆各ECU构成闭环系统。如图2所示。

图2 车身域HIL测试台架示意图

车身域测试系统主要功能包括：支持车身域ECU单节点测试和多节点联合测试；支持的测试对象包括BCM（车身域控制器）、IC（组合仪表）、AC（空调控制器）、APM（防夹车窗）、SRM（天窗控制器）、T-BOX等；支持配置故障注入板卡，实现控制器输入和输出信号故障注入功能，主要包括信号间短路、开路，对搭铁短路、对电源短路等；支持模拟负载和电子负载二种方案，可以满足固定阻值类负载和电机类感性负载两种不同类型负载模拟的需求；支持TPMS测试；支持低速行驶模拟发动机提示测试；支持休眠唤醒测试；支持自动化测试，自动生成测试报告等。

2.2 动力域测试系统解决方案

动力域测试台架主控系统模拟驾驶员的操作信号给整车VCU，VCU计算当前工况下的需求扭矩，通过CAN总线发送给电机控制器MCU；同时主控系统根据整车参数以及当前测试环境计算电机可以达到的转速，通过网线或CAN发给测功机控制系统，控制测功机加载负载转速，从而模拟整车的运行状态。如图3所示。

图3 动力域测试台架示意图

动力域测试系统主要功能包括：支持行驶方向控制测试；支持车速控制测试；支持驱动控制测试；支持驾驶模式测试；支持进气格栅控制测试；支持交流充电控制测试，支持直流充电控制测试；支持电池热管理测试；支持高压安全防护测试；支持低压蓄电池能量管理测试；支持电机控制测试；支持闭环控制测试；支持节能模式测试；通过仿真模型，模拟车辆各种运行工况。

2.3 底盘域测试系统解决方案

底盘域测试系统针对底盘域相关控制器进行仿真功能测试。台架系统可以支持接入真实的方向盘等转向机构和制动、油门、挡位、点火钥匙等驾驶员操作部件。如图4所示。

图4 底盘域测试台架示意图

底盘域测试系统主要功能包括：针对底盘域控制器ABS、ESP、EPS、ASC等进行功能测试；支持对指定管脚的故障注入，例如对电源短路、对搭铁短路、开路、信号间短路等；支持车辆动力学及道路与环境的仿真，实现不同路况下的模拟测试；支持模拟底盘域控制器所需的传感器信号，主要包括轮速传感器、横摆角速度传感器等；可以进行底盘域控制器输出信号状态的采集，也可以进行其他域相关CAN/CANFD 总线节点的模拟；支持电控悬架系统测试；通过制定测试用例，实现自动化测试；同时也可以支持手动测试，自动生成测试报告。

2.4 ADAS域测试系统解决方案

ADAS域测试系统针对目前常用的智能驾驶域控制器的自动紧急制动AEB、自适应巡航控制ACC、车道保持辅助LKA、盲区检测BSD、自动泊车辅助APA、车道偏离报警LDW、前碰撞报警FCW等相关功能进行测试。可以实现在实验室环境下完成对ADAS域的功能测试，具备测试成本低、复用性好的特点。如图5所示。

图5 ADAS域测试台架示意图

ADAS域测试系统主要功能包括：支持国内外多种法规下的场景搭建；支持高清地图导入，支持演示算法；支持模型在环（MIL）、实时软件在环（SIL）、硬件在环（HIL） 等多种使用模式，能够与硬件在环实时仿真平台、驾驶模拟仪等设备集成；支持感知设备硬件预留接口；支持故障注入测试，包括模拟ECU 的对搭铁短路、对电源短路、管脚间短路、开路等故障，以及模拟传感器故障注入和执行器故障注入；支持与功能安全场景、功能安全测试用例相结合，实现对智能驾驶的功能安全方面的内容进行测试。

2.5 信息娱乐域测试系统解决方案

信息娱乐域测试系统总体测试方案依据“激励-响应”的基本方式，通过自动化测试软件给被测控制器终端输入一些激励信号，触发其系统程序切换不同的状态，最后对其响应后终端的状态进行采集，输出至自动化测试软件，并与期望的响应做比对，最终得出被测控制器功能状态是否良好。如图6所示。

图6 信息娱乐域测试台架示意图

信息娱乐域测试系统主要功能包括：支持蓝牙、WIFI、广播、Ecall、V2X、全球语音、射频功能仿真测试；支持通过机器人模拟人工操作完成单击、双击、长按、滑动、拖拽等工作；支持不同场景的HMI人机交互测试；支持语音交互测试；支持多屏交互测试；支持UI一致性测试；支持对指定管脚的故障注入，例如对电源短路、对搭铁短路、开路、信号间短路等。

3 结语

整车上越来越多的功能通过电子产品来实现，一辆中高端车型的ECU数量甚至会超过100个。随着汽车电子网络及电控系统的复杂性增加，各个网络之间的通信也越来越复杂。本文针对上述汽车行业背景，详细论述了整车功能验证台架的重要性，并重点介绍了目前新能源汽车一般分为五大域控制系统（动力域、车身域、底盘域、ADAS域、信息娱乐域） 的测试台架解决方案。本文也对国内主机厂非标台架验证及测试工作的设计开发也有一定的指导意义。

审核编辑：刘清