自动化测试系统在控制单元黑盒故障注入测试中的应用

谷原野，节忠海，孙运玺，刘德利，王邵龙，孙 云

（一汽轿车股份有限公司，吉林 长春 130000）

乘用车在电子控制单元软件或硬件发生故障时会记录相应的故障码（DTC），售后再通过诊断仪连接乘用车的OBD诊断接口进行读取故障与解析，指导电气故障的定位、排查及解决。故障码定义规则已经在ISO国际标准中进行了明确定义，目前乘用车的电子电气越来越复杂，在乘用车开发阶段故障码的全面测试具有重要的意义，对于控制单元的诊断功能开发具有反馈与指导作用，包括故障码设置的必要性、故障码触发策略合理性以及故障码自清除策略的正确性等等。作为OEM，需要验证车辆包括的所有控制单元在单系统、整车集成以及实车的环境下故障码设计的正确性以及整车表现的一致性［1］。

1 故障注入测试

OEM一般采取故障注入测试的方式将控制单元作为黑盒进行测试［2］，即为控制单元模拟故障码触发的各种条件制造各类电气故障，然后应用诊断仪通过UDS诊断服务进行读取控制单元记录对应的故障码及故障码状态，以及故障回复后可应用诊断服务进行故障清除。故障码的测试流程一般如图1所示，首先清除控制单元的所有故障码；然后模拟并保持故障触发条件，并用诊断设备读取控制单元的故障信息，控制单元会记录对应的故障码，故障码的状态位为当前正在产生的故障；接着恢复故障触发的条件，再次通过诊断设备读取控制单元的故障信息，控制单元仍记录对应的故障码，故障码的状态位变为历史故障，故障码的状态位在ISO 14229—1附录D中有详细定义，如表1所示［3］；最后清除故障码，读取后应无故障码，如有些故障码有自清除策略，重新触发故障码，并模拟自清除触发条件（点火循环ON→OFF→ON，N次），在N-1次读取故障码时故障码应存在，第N次读取故障码时故障码自清除。

故障注入测试一般多采用人工测试的方式，目前应用较多的测试工具包括Vector的CANoe及CAN dela、风邱科技DTS等。但是人工测试存在一些劣势，例如人工测试短路时，操作不当会造成乘用车的车载电器损坏，并且重复性测试（自清除策略需上百次操作）的一致性很难保证，而应用自动化的测试方式即可规避和解决此类问题，并能提升测试效率和一致性。

图1 故障注入测试步骤

表1 故障码状态标志位

2 自动化测试应用

2.1 自动化系统搭建

自动化测试系统大概分为硬件搭建与软件搭建两部分。系统硬件环境搭建原理设计较为简单，以控制器与负载之间的电气连接关系为依据，将自动化系统串接控制单元与负载之间，如图2所示［4］；系统软件搭建主要完成软件配置及用例编制工作，其中上位机软件完成控制单元引脚软件配置与物理连接的映射关系，即软件设置完成控制单元引脚的定义（测试用例中的动作库引用）要与控制实际的电气连接关系一致。自动化测试用例采用标准的动作库封装而成，测试用例设计简便高效。本系统采用的故障注入测试模块采用柔性测试板卡，通用化程度高，能够模拟各类电气故障，包括短路到搭铁、短路到电源、断路或开路、总线短接到搭铁、总线短接到电源、总线错误等，硬线接线原理简单，测试配置灵活。不同项目之间的切换应用只需通过软件配置即可，通用化程度高。

2.2 自动化测试执行

图2 自动化系统搭建示意图

故障码的类型主要分为功能相关故障码（排放相关故障码与非排放相关故障码）及网络相关故障码（报文或信号相关的故障码），测试流程及方法均类似。以某控制单元的过电压DTC测试为例进行说明：DTC触发条件为供电电压大于16 V，时间超过10 s后，控制单元即记录故障码（码值0xD2 0x10 0x17），故障恢复条件为电压大约9 V且小于16 V，故障码自清除条件为100个点火周期内不出现过压故障。测试用例设计如表2所示。通过标准的测试动作库将测试用例转化为自动化测试用例，如图3所示。

图3 自动化测试用例

表2 测试用例设计

通过多个项目的实际测试应用，尤其是控制单元均需要经过多轮重复测试时，故障注入的自动化测试相对于人工测试的优势明显，其中测试环境无需重新搭建，测试执行工程师无需了解故障测试的控制策略，只需在软件中调取测试用例自动执行即可，重复性测试效率明显提升，并且自动化测试具有较高的一致性及故障注入的安全性。

3 结论

乘用车故障码的设计及定义，对于售后、质保等部门在车辆上市后的维修及故障排查具有重要的指导作用。本文详细介绍了乘用车电气控制单元的黑盒故障注入测试的主要内容及自动化测试系统的搭建原理及测试应用，自动化测试系统能够精确模拟各种电气故障，并在故障码的重复性测试、测试的安全性以及测试一致性等方面优势明显。

［1］ 穆天宇，刘强，李顺智.基于dSPACE的故障注入系统在汽车电子集成测试中的应用［J］.汽车实用技术，2016（3）:152-155.

［2］ 尚世亮，王雷雷，赵向东.基于ISO26262的车辆电子电气系统故障注入测试方法［J］.汽车技术，2015（12）:49-51.

［3］ ISO 14229-1，Road vehicles- Unified diagnostic services（UDS） – Part1: Specification and requirements，Annex D （normative） Stored data transmission functional unit data-parameter definitions［S］.

［4］刘卫东，王爱春，燕东，等.车身控制模块硬件在环测试系统搭建及测试应用［J］.汽车电器，2015（12）:49-53.