一种车身控制器逻辑功能测试系统

车晓波，庄汝科，刘晓建

(山东省汽车电子技术重点实验室，山东省科学院自动化研究所，山东 济南 250014)

车身控制器(body control module，BCM)作为车身控制系统的核心装置之一，主要用于提高操控的方便性和乘坐的舒适性，其控制范围涵盖灯光、车门、雨刮、仪表等。随着汽车电子技术的发展和车身电控单元数量的增多，BCM 承载的功能越来越复杂，如何保证BCM 控制功能的正确性和可靠性是产品开发过程中的一个难点。国外汽车厂商和机构已经对BCM 功能测试技术开展了广泛研究，形成了如TestML、CTE 等测试用例生成工具，通过应用dSPACE、MATLAB/Simulink、Rhapsody 等控制系统开发工具进行仿真测试也取得了一些成果，形成了各自的解决方案［1-4］，但是国内厂商在使用这些方案时，通常需要支付昂贵的软硬件费用。国内机构针对BCM 功能测试也做过很多探索，对测试用例生成方法［5-7］、基于虚拟仪器的测试系统［8-10］等方面都开展过研究。目前测试手段已经摆脱了在原型车中进行的方式，半自动化、自动化的测试流程成为行业发展的趋势。对于汽车厂家而言，通常都根据自己的车型进行BCM 功能定义，运用国外测试方案不可避免地存在着周期长、费用高、扩展难等不利因素，甚至无法直接套用国外技术。因此，掌握一种BCM 功能测试技术，对于提高汽车厂家的自主研发能力具有重要意义。

硬件在环仿真是自动化测试系统常用的技术手段之一，利用计算机运行仿真模型取代BCM 的控制流程，再将BCM 的输出回路反馈给计算机形成一个闭环的测试系统，该方法使测试具有可重复性、外部条件可控制、可进行临界测试和极限测试等优点。本文介绍了一种通用的BCM 硬件在环测试系统的实现过程。

1 测试功能需求分析

BCM 工作时通过自身的I/O 接口或总线接收车内的开关信号、传感器信号以及CAN/LIN 总线信号等，然后按照预先定义的控制逻辑，通过驱动电路实现对外围负载的控制。BCM 功能测试的主要目的是验证BCM 在不同操作下的响应是否达到设计要求，系统可分为硬件和软件两大部分，硬件部分应具备模拟实车环境为BCM 提供所需的输入电平信号，同时对BCM 的反馈信号进行在线检测的能力。软件部分主要指上位机软件，能够模拟人工操作、机构指示和实车负载，检测BCM 的运行状态和行车参数，提供与BCM 设计要求相应的测试数据项。同时系统应具备操作灵活、开发周期短、系统易扩展等特点。

2 测试系统硬件结构

基于以上分析，BCM 逻辑功能测试系统将按如下思路实现。首先在计算机上开发人机操作界面和分析平台，用于模拟人工操作和分析测试结果;其次，为计算机接入数据发生和接收装置，将人机界面的操作转换为控制信号发送给BCM;然后，将BCM 的输出信号经数据接收装置反馈给计算机形成闭合环路，用以检验BCM 的行为是否满足功能需求。

2.1 硬件测试系统

BCM 功能测试系统总体结构如图1 所示，主要包括计算机部分、数据采集设备、调理电路、电源、待测控制器等。

图1 测试系统总体结构框图Fig.1 Total structure block diagram of the test system

2.1.1 计算机部分

计算机部分包括工控机、数据采集板卡和显示终端，工控机用于运行BCM 控制模型，是人机交互的主要平台，模型采用National Instruments 公司的La bview 软件实现，借助其数据流编程特性和Labview Real-Time 工具对嵌入式设备的支持，使系统更容易构建、修改和扩展。相对于其他工具如dSPACE、MicroAutoBox，本系统可以根据不同的任务需求，通过更换、升级板卡、增加虚拟仪器快速实现系统的升级换代。

2.1.2 数据采集设备

数据采集设备是连接计算机与待测BCM 之间的桥梁，用于传递来自计算机的控制命令，并接收BCM 的反馈信号。根据所处理信号类型的不同，数据采集设备包括数字I/O、模拟I/O、CAN/LIN 通讯设备等。设备与计算机之间采用插卡式连接，每一种设备是一种插卡，利用Labview 对实时操作系统和嵌入式设备的良好支持，可以在计算机上实现对数据采集设备的灵活控制，既保证了性能，又能采用不同硬件实现更多功能。

2.1.3 调理电路

调理电路用于将BCM 信号调理到板卡所能接受的范围。如模拟、数字、脉冲电平电压调制，信号滤波、放大调制等。例如，BCM 的有效电平通常是0～12 V，对于不能提供0～12 V 电压信号的I/O 设备需要外接上拉/下拉电路加强驱动能力，以满足BCM 的要求。

2.2 单项功能测试

由于BCM 功能很多，这里不能一一列举，下面以转向灯测试为例对系统测试方法、BCM 信号控制进行说明。

转向灯的行为包括单独闪烁和双闪两种，就左转向灯单独闪烁功能而言，具体要求是:当满足车速大于30 km/h、点火钥匙处于ON 档位置、危险警示信号有效，同时左转向开关闭合时，左转向灯单独闪烁。

由于对BCM 的逻辑功能测试过程也是通过计算机控制BCM 输入信号并分析反馈信号的过程，因此，测试前需要对BCM 的信号类型及其控制和测试方法进行分析。

转向灯功能涉及4 路输入和1 路输出信号，均为数字信号，采用NI PCI-6515 数字采集卡作为数据采集设备，该设备提供64 通道隔离数字I/O 接口，内部具有可靠的工业24 V 逻辑阈值，外部输出电压在0～30 V内可调，可以完成开关量输入输出、脉冲信号模拟。

其中点火钥匙、危险警示、左转向开关信号3 路属于开关量输入信号，开关量信号接口电路如图2 所示，输入均为低电平有效，当In 引脚悬空或者为高电平时，由于12 V 电源端(P12Vcon)的存在使Out 引脚保持高电平，当In 引脚处于低电平时，Out 引脚转为低电平。这样计算机可以通过数字I/O 设备控制In 引脚来操纵开关的关断。另一路车速输入表现为方波信号，接口电路见图2，根据车速与方波频率的换算关系(车速=方波频率×速度因子)，可以得到波形的频率参数，同理可以通过控制数字I/O 设备输出一个准确的方波信号。考虑到车速是一个连续变化的值，无法在所有可能的车速条件下都进行测试，可以在临界条件附近选取几个离散的点如29.5 km/h，30 km/h，30.5 km/h 进行测试。左转向灯输出(Left_Out)为开关量信号，接口电路见图3，Left_Out 端输出信号将通过数字I/O设备反馈给计算机，其状态以虚拟车灯的形式显示出来，用于观察和分析该项功能的完成情况。

图4 BCM 测试软件界面Fig.4 BCM testing software interface

3 系统软件与测试结果

3.1 系统软件

系统软件在计算机上为用户提供了一个虚拟的操作界面(图4)，按功能可划分为门锁控制、外部灯光控制、雨刮控制、除霜控制、防盗报警控制及警示指示灯控制等;界面元素包括各种控制输入的滑动开关、控制速度的旋钮、显示BCM 反馈信号的LED 灯以及关键的统计数据等。在进行测试操作之前，首先需要配置数字I/O设备端口与被测BCM 端口之间的关联表，通过关联表建立起两者之间的一一对应关系。当用户操作界面上的控件时，计算机通过驱动数字I/O 设备输出更新的控件值到相应的BCM 端口，实现对BCM 的控制，同时BCM 的输出状态将在界面上以图形的方式显示出来。

在测试时，为了保证测试工作的准确性，应着重从以下三个方面进行考核:

(1)控制功能测试:模拟驾驶行为输入，利用控件对BCM 对象(比如门锁、外部灯光等)模拟操作，进行BCM 完整控制策略的验证，通过反馈信号的状态判断BCM 动作是否符合预期要求;

(2)性能测试:对时间或者动作次数有要求的功能项，比如期望转向灯正常闪烁频率为86 次/s，需要对相关功能项进行多次测试，对响应结果的稳定性、可靠性、实时性等进行验证;

(3)无效测试:通过手工或者自动注入方式，使被测功能项中若干输入条件中的一个或者几个无效，或者添加与待测功能项无关的激励，检测BCM 的输出状态变化，实现对无效功能的测试。

3.2 测试结果

利用该系统对某车型BCM 逻辑功能进行了硬件在环测试，测试过程中发现的问题如表1 所示。

表1 BCM 功能测试结果(仅列出部分有问题的测试项)Table 1 BCM functional test results (Only some questioning test items listed)

被测的BCM 功能有56 项，通过测试发现其中12 项存在不同程度的逻辑问题，其中控制功能问题7 项，性能问题5 项。测试结果为产品质量的改进和提高提供了科学依据。整个测试过程均可通过计算机完成，与实车测试相比，简化了操作，缩短了测试周期。

4 结论

本系统主要用于BCM 逻辑功能测试，系统使用方便简单，可以模拟实车环境，实现在线测试。通过适当扩展升级可以完成大型、复杂的测试任务，并且系统成本低、可靠性高，在BCM 产品以及其他电子类产品的功能测试方面具有推广价值。

随着BCM 集成的功能越来越复杂，对测试系统的要求也愈加严格。在下一步的工作中，一方面要进行完善的测试用例设计，建立测试用例生成机制，对于需要多输入的功能项，既能剔除无效的用例提高测试效率，也能够通过改变输入条件的多种组合扩大测试覆盖范围;另一方面，要建立BCM 测试评价标准、测试规范和测试流程，使测试工作趋向规范化、标准化。

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