AMT电控单元测试技术研究*

雷雨龙，曾华兵，蒋 鑫

(1.吉林大学，汽车仿真与控制国家重点实验室，长春 130025;2.中国第一汽车股份有限公司技术中心，汽车电子部，长春 130011)

前言

在电子控制单元(electronic control unit，ECU)的整个软硬件测试过程当中，硬件的测试工作相对规范和简单，而其软件测试过程却因所嵌入对象的复杂性与特殊性，变得相对复杂和困难［1］。为解决ECU在测试过程中的难题，研究人员提出了以下几种仿真测试方法:硬件在环仿真(hardware-in-theloop simulation，HIL)、软件在环仿真(software-inthe-loop simulation，SIL)和模型在环仿真(model-inthe-loop simulation，MIL)［2］。尽管现在已有不少关于测试技术的理论研究，但对于软件的测试却还不够成熟，测试人员的个人经验在很大程度上决定设计出的测试用例［3-4］。针对重型商用车电控机械式自动变速器(AMT)系统的特点，通过研究自动变速器控制单元(transmission control unit，TCU)控制软件工程，给出一种系统的TCU测试方案，对其进行快速、准确的底层硬件接口测试和基于硬件在环的控制策略测试，及时存储和分析整个测试过程中出现的问题，缩短检测时间，保证产品可靠［5］。

1 重型商用车AMT的HIL仿真模型

AMT的HIL测试设备的模型部分按功能可划分为4个部分:整车系统模型、dSPACE外围设备IO模型、模型交互界面和用户人机交互界面。它们之间相互关联。整个模型的最顶层设计如图1所示。整车系统模型中仿真车辆及部件的状态数据传递给其它3个模块，同时接受IO模型从硬件中采集的对被控对象的控制信号，以及交互模型对车辆本身的驾驶和道路信息［6］。

整车系统模型是整个AMT硬件在环测试模型的核心，它须尽可能地模拟被控对象在控制器控制下的受力和运动状态。它包含发动机模型、传动系统模型、车辆动力学模型、驾驶员与道路模型和变速器控制器(TCU)模型。整车系统模型应能模拟真实车辆的运行情况，由于测试不包含车辆转向行驶工况，所以整车系统模型仅考虑纵向自由度，测试重点在于对传动系统的控制情况，故在传动系统中应开发较为详细的模型，须考虑换挡冲击、离合器接合等过程，由于没有对动力总成的测试，故动力总成模型可搭建简单的功能模型，不需要考虑进排气、温度、压力等的变化。图2为整车系统模型Simulink结构图。

模型除考虑了车辆部件模型之外，还考虑了控制信号的输入输出。故在模型的左边和右边分别加入控制信号的输入和输出两个模块。

本文中建立了基于dSPACE硬件平台的MATLAB/Simulink硬件在环仿真模型，该模型具体分为发动机模块、传动系模块、车辆动力学模块、道路驾驶员模块。其中重点是车辆的传动系统模块，所建模型为TCU控制策略层测试技术提供了仿真平台［7］。

2 TCU底层基本功能测试方法

对重型商用车AMT的TCU底层部分进行的基本功能测试主要是为保证TCU底层各驱动模块、输入输出设备等能够正常工作，测试相关代码能够正常运行，相关的驱动功能能够实现，确保下一步对TCU控制策略等的测试能够顺利进行，有助于上层应用开发，并进行相关驱动测试计划的制定［8］。

测试主要针对CAN驱动模块、串行外部接口(serial peripheral interface，SPI)驱动模块、模数转换(analog-to-digital converter，AD)模块和应用程序接口(application interface，API)等部分。

测试的主要工作就是对上述模块中的部分底层功能进行功能验证。API驱动包括:电流输出驱动、诊断驱动、CCP通信驱动、EEPROM驱动、MCU驱动、CAN通信驱动、电流输出驱动、开关量输入驱动、开关量输出驱动、传感器信号输入驱动、FLASH驱动和转速信号输入驱动。

测试方法是采用AMT系统测试负载箱，通过负载箱发送输入量信号或改变输入量信号状态，在任务中使用测试用例调用对应的API接口，读取输入量并将所读的输入值通过CAN通信接口发送到CAN总线上，利用USBtoCAN观察输入值是否正确，通过上位机PC进行监测，测试中的各种工具连接方式如图3所示。对于输出量，在任务中用测试用例调用对应API接口，通过示波器观察输出量是否满足要求，上位机PC负责监控指令的发送与响应和指令的接收情况，提供友好的人机交互界面及诊断、显示、打印等功能。它们通过 CAN总线进行实时通信。

TCU上层控制策略的测试是以所建的重型商用车AMT硬件在环仿真模型为测试平台进行的。基于dSPACE的重型商用车AMT模型代替真实车辆，与TCU连接，向TCU发送各种传感器信息，接收TCU控制指令，模拟车辆当前运行状态，通过CANape实时监控车辆状态，采集所需数据［9］。在测试过程中，dSPACE充当系统控制对象，模拟被控对象所产生的信号，以检验控制算法的正确性和可靠性。

3 测试用例

硬件在环系统所用到的测试工具有:HIL仿真模型、dSPASE(运算单元:dSPASE 1006，信号模拟dSPASE 1006)、Control Desk控制平台、USB Multilink、监控工具CANape、测试对象 TCU和连接线束。连接示意图如图4所示，行使系统控制任务的PC机与dSPASE硬件设备相连，由PC机负责向dSPASE下载模型，驱动板卡接口等，TCU与dSPASE硬件之间需要转换接口，CANape从TCU读取信息，监控整个仿真系统［10-11］。

dSPACE实时仿真系统与MATLAB/Simulink进行完全无缝连接，通过运用MATLAB/Simulink的RTW模块能够实现代码的快速生成与下载，RTI模块的运用可以实现MATLAB/Simulink仿真模型与dSPACE接口之间的连接，dSPACE的实时控制软件ControlDesk能够搭建出图形化的界面，便于控制和实时观测，如图5所示。

车辆功能和性能测试包括前进挡起步、倒挡、手动升降挡、自动升降挡、滑行模式下降挡点、紧急制动摘空挡、巡航模式、自动模式下对换挡进行手动干预、自动挡换挡时间、车辆前进时挂入倒挡、车辆后退挂入前进挡、储气筒压力不足、经济模式换挡、动力模式换挡、气压传感器数据采集、CAN报文接收处理、CAN报文发送处理、离合器控制系统的超调后不回调、挡位开关量传感器的滤波处理、手柄处理模块数据采集和手柄模块处理开关有效状态等测试。一些误操作测试，如车辆前进时挂入倒挡测试，要比做实车试验硬件在环测试安全，且能达到测试目的。由于测试过程相似，下面以车辆前进时挂入倒挡为例说明测试过程。

(1)利用USB Multilink连接电脑与被测TCU，将目标程序下载到TCU中。闭合钥匙门，重新给钥匙门上电，运行测试仿真模拟器程序，进入Control Desk界面。打开CANape软件，开始监控，等待测试。

(2)根据具体测试用例在Control Desk中进行系统设置，选定相关的CANape监控量，开始测试。

(3)车辆正常起步，达到一定车速，在前进过程中挂入倒挡，观察车辆运行状态，预计本测试用例过程中车辆应该发出报警，并不挂入倒挡。

(4)对测试过程、结果进行记录，与预计测试结果进行对比，如果与预测结果间存在差别，应分析差别原因。

图6为通过CANape监测到的车辆前进时挂入倒挡的测试曲线，可以看到，车辆在前进过程中，误操作挂入倒(R)挡时，车辆实际挡位并没有随之改变，控制程序逻辑正确，避免出现危险情况。图7～图9分别为前进挡起步测试、紧急制动摘空挡测试和巡航模式测试的监测曲线。

4 结论

对TCU的基本硬件进行了研究，主要针对控制器中CAN驱动模块、串行外部接口驱动模块、模数转换模块和应用程序接口提出了TCU底层基本功能的测试方法，利用dSPACE硬件在环仿真模型提出了TCU控制策略层的测试方法，dSPACE硬件平台与TCU接口连接，仿真模型代替实验车验证TCU控制策略的稳定性和正确性，实现了功能性能试验测试。针对dSPACE进行的控制策略层测试基本上属于手动测试，可以利用Automotion Desk软件编写测试用例，自动执行测试，实现无人化测试。

［1］ 雷雨龙，阴晓峰，谭晶星.基于CAN总线的AMT综合控制策略研究［J］.公路交通科技，2005，22(3):116-118.

［2］ 付畅，过学迅，胡朝峰.金属带式CVT电控单元硬件在环仿真研究［J］.汽车工程，2008，30(3):255-259.

［3］ Gertler Janos.Survey of Model—Based Failure Detection and Isolation in Complex Plants［J］.IEEE Control Systems Magazine，1998(12).

［4］ Paolella P，Cho D.A Robust Failure Detection and Isolation Method for Automotive Power Train Sensors［C］.Proc.of IFAC FDSSTP，Baden-Baden，1991.

［5］ 郭彦颖.重型卡车AMT系统关键技术的研究［D］.长春:吉林大学，2010.

［6］ Homes.Automatic Mechanical Transmission Control［C］.SAE Paper 831776.

［7］ 孙志安，裴晓黎，等.软件可靠性工程［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2009.

［8］ 秦贵和，葛安林.汽车电控系统故障自诊断技术［J］.汽车工程，2000，22(4):285-288.

［9］ 邢家喜.AMT电控系统故障检测与诊断［D］.长春:吉林大学，2001.

［10］ Pettersson M，Nielsen L.Gear Shifting by Engine Control［J］.IEEE Transactions on Control System Technology，2000，8(3):495-507.

［11］ Falzoni G L，Pellegrino E，Troisi R.Microprocessor Clutch Control［C］.SAE Paper 830628.