基于HIL的汽车电气功能测试系统设计

刘德利，谷原野，节忠海，高洪伟

（一汽轿车股份有限公司，吉林长春 130012）

基于HIL的汽车电气功能测试系统设计

刘德利，谷原野，节忠海，高洪伟

（一汽轿车股份有限公司，吉林长春 130012）

提出了一种用于汽车电气功能测试的硬件在环测试系统（HIL），全面介绍HIL硬件和软件设计方案，阐述测试执行和测试效果。

电气功能测试；硬件在环；电子控制单元

传统的人工测试无法满足日益复杂的电气功能测试需求，已经提出硬件在环（Hardware-in-the-Loop，HIL）测试系统，主要包括发动机控制单元功能测试［1］、车身控制系统总线测试［2-3］、自动变速器控制系统功能测试［4］等。本文提出一种用于汽车电气功能测试的硬件在环测试系统，优势在于可实现单一控制单元电气功能测试，并能实现多个控制单元之间交互的电气功能（整车系统集成电气功能）测试。此外，该系统能够实现汽车电子控制单元外围电路的真实与虚拟的灵活切换，使被测控制单元能够摆脱外围器件开发进度的限制，在设计初期进行充分设计方案验证，既缩短了开发周期，又降低了开发成本。

1 HIL的硬件设计方案

HIL由主机柜、负载柜和测试台架组成［5-6］。主机柜是HIL的控制核心，主要由工控机、实时操作系统和电源等组成。负载柜主要负责负载模拟、信号调理、信号接口处理，负载柜由负载板卡和总线板卡组成，负载柜通过连接器与测试台架的电子控制单元和真实负载相连接。HIL硬件结构连接关系如图1所示。

图1 HIL硬件结构示意图

1.1 总线板卡的工作原理

总线板卡主要由总线测量和模拟模块、切换电路、总线通道构成。其中总线测量和模拟模块负责完成CAN总线匹配电阻接入、总线故障注入以及CAN、LIN总线信号模拟等功能；切换电路完成CAN、LIN总线输入输出切换；总线通道用于连接控制单元总线信号。总线板卡的工作原理如图2所示。

图2 总线板卡的原理图

1.2 负载板卡的工作原理

负载板卡主要由电压采集电路、电流采集电路、信号处理电路、模数转换电路、数字信号处理单元、电压输出电路、电流输出电路、PWM输出电路构成。主要负责采集电流、电压、PWM信号和模拟电流输出、电压输出、PWM信号输出。负载板卡的工作原理如图3所示。

图3 负载板卡原理图

1.3 测试台架的构成及功能

测试台架构成如图4所示。测试台架主要负责将测试需要的电子控制单元ECU、传感器、执行器和开关等元器件按照实际线束连接关系进行连接，并将对应的板卡与需要测量的元器件相连接。该测试台架的优势在于能够实现同一车型的多种配置灵活切换，可减少台架搭建数量，节约成本，提高测试台架的通用性。

图4 测试台架构成图

2 HIL的软件设计方案

HIL的软件主要包括上位机软件和实时操作系统软件［7-9］。上位机软件与实时操作系统通过光纤介质进行数据传输。其中上位机软件是基于Visual Studio开发环境开发，主要功能包括人机界面显示、控制单元引脚映射管理、测试用例加载、测试计划管理、用户输入命令处理、测试任务执行、测试过程显示、测试报告生成等功能。实时操作系统软件是基于NI软件LabView RT系统开发的，它主要功能是接收上位机下发的动作执行指令，同时采集相关数据发送给上位机，由上位机显示采集到的数据。HIL软件架构如图5所示。

图5 HIL软件架构图

3 HIL的测试执行及测试效果

3.1 HIL具体测试流程

通过应用程序登陆，在主窗口的菜单中进行车型平台选择，并根据测试需求选择相应的测试用例进而生成测试序列。点击开始按钮进行测试，测试程序对测试数据进行处理和分析，得出测试结果并根据设定的模板生成测试报告，如图6所示。

图6 测试执行流程图

3.2 HIL的测试效果

1）该系统能够实现任意车身电子控制单元（输入和输出为电流、电压和PWM信号）的功能测试。

2）该系统既能进行单个车身电子控制单元的功能测试，又能实现多个车身电子控制单元的系统集成电气功能测试。

3）该系统通过设置总线板卡和负载板卡，实现汽车电子控制单元外围电路的真实与虚拟的灵活切换。例如极限测试环境，车速为120km／h，仪表超速报警功能，利用总线测试板卡模拟车速信号发送给仪表，即可实现该功能测试。

4）该系统通过对测试台架不同电子控制单元的配置，实现一个测试台架完成对该车型不同配置的功能测试，降低测试台架的搭建成本。

4 结论

本文阐述了HIL的硬件和软件设计方案，其应用于汽车功能测试，很好地解决了传统人工测试的缺点。该HIL具有测试覆盖度高、可重复性强、测试周期短和测试结果一致性高等优点。为HIL在汽车电气功能测试中的广泛应用提供了一定的依据和参考。

［1］杨志强.发动机硬件在环仿真试验台搭建［J］.汽车工程师，2011（3）：29-31.

［2］韩江洪，刘磊，卫星，等.总线型车身控制系统硬件在环测试的研究［J］.汽车工程，2012，34（8）：696-700.

［3］翟琰，刘磊，张建军，等.车身总线控制系统硬件在环仿真设计［J］.合肥工业大学学报（自然科学版），2012，35（5）：621-624.

［4］李君，谢先平，梅近仁，等.基于HiL实时联合仿真自动变速器控制系统TCU快速开发研究［J］.汽车技术，2010（11）：7-12

［5］王熠，何洪文，张颖琦，等.基于CAN网络的混合动力汽车硬件在环仿真平台［J］.北京理工大学学报，2011，31（5）：524-527.

［6］崔海峰，刘拥军，赵向东，等.基于硬件在环仿真的汽车制动控制器测试系统［J］.上海汽车，2010（8）：14-17.

［7］胡朝峰.汽车电子电器硬件在环仿真实验系统的研究［J］.汽车电器，2010（6）：50-52.

［8］杨志强.电动助力系统硬件在环试验台设计［J］.汽车工程师，2010（8）：37-39.

［9］张永生，谢静思，张浩.一种混合动力电动汽车部件在环仿真测试系统设计方案［J］.汽车工程学报，2012，2（5）：322-326.

（编辑心翔）

Vehicle Electrical Function Test Design Based on Hardware-In-The-Loop System

LIU De-li，GU Yuan-ye，JIE Zhong-hai，GAO Hong-wei
（First Automobile Works Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

In this article，Hardware-in-the-loop（HIL）system designed for vehicle electrical function test is presented.Then a comprehensive introduction of hardware and software design scheme for HIL system is given. Finally，the test execution and result is demonstrated.

electrical function test；hardware-in-the-loop；ECU

U463.6

A

1003－8639（2017）01－0058－02

2016-05-31

刘德利（1987-），男，吉林长岭人，工程师，硕士，主要工作方向为电气功能测试硬件在环测试系统的设计与应用、整车电气功能测试等；谷原野（1984-），男，吉林乾安人，工程师，硕士，主要工作方向为电气功能测试硬件在环测试系统的设计与应用、整车电气功能测试等；节忠海（1982-），男，黑龙江海伦人，工程师，硕士，主要工作方向为电气功能测试硬件在环测试系统的设计与应用、整车电气功能测试等；高洪伟（1982-），男，黑龙江大庆人，高级工程师，博士，主要工作方向为电气架构设计、车载网络开发、电气集成测试等。