汽车智能远程控制与整车控制功能仿真验证技术与方法

黄胜龙 赵德银 周时莹 张东波 许中芳

（中国第一汽车集团有限公司智能网联开发院，长春 130011）

主题词：硬件在环 智能控制终端 整车控制器 自动化测试

1 引言

智能远程控制器与整车控制器协调控制能有效提高汽车的智能化水平，提升用户体验，是汽车智能网联领域的重要技术。

本文针对智能远程控制与整车控制功能的测试需求，基于硬件在环（Hardware In the Loop,HIL）仿真技术提出了一套虚拟仿真环境下的全自动测试方案，设计了一套高效自动化测试系统，并实现与整车仿真系统的融合，满足其软硬件开发及测试需求。在该测试设备上实现了对智能远程控制与整车控制功能的自动化测试与验证，通过上位机软件实现完全自动化测试[1]。本测试方案具有测试环境仿真方便、功能和故障测试覆盖全、安全、高效的特点。

2 智能与整车控制器测试平台总体方案

本测试设备及技术基于整车HIL测试环境，在整车仿真环境中接入ICU及VCU专有测试设备，可以在整车各个ECU的仿真工作环境下对智能控制与整车控制功能和故障诊断等方面进行全面的测试。

将ICU和VCU控制器接入该测试设备，通过整车动力学和道路场景模型模拟整车运行环境，并通过HIL电子硬件通道仿真控制器所需的传感器信号，同时，采集控制器发出给执行器的控制信号。这样，形成一套完整的ICU与VCU控制器闭环测试系统[2]。

本测试方案如图1所示，交直流充电座温度传感器信号、电池紧急控制信号、加速踏板传感器信号、真空度传感器信号、电机水温传感器信号、环境压力传感器信号、制动开关信号、交直流充电连接确认信号由整车动力学模型计算输；Epark防盗验证、与PEPS交互、电池电压、高压电池状态、工作模式等通过IO通道和CAN通道模拟，形成整车控制器的闭环测试环境。

图1 测试方案框图

3 测试平台硬件方案

3.1 测试平台硬件方案设计

智能远程控制与整车控制测试平台由电源模拟及管理、传感器故障注入、执行器故障注入、信号调理、实时处理器及真实控制器等多个部分组成。其中实时处理器作为本平台数据处理中枢，用于运行车辆动力学模型、IO模型、电机模型、电池模型等仿真模型。本平台硬件支持模拟ICU及VCU所需的所有传感器信号，并接收VCU发出的执行器信号，由此来判定远程控制及整车控制功能和逻辑是否满足设计要求。测试方案框图如图2所示。

图2 ICU与VCU控制器HIL测试方案详细框图

3.2 测试平台电源管理

本测试平台的供电系统，不仅模拟车上常规的电源，如KL15、KL30、KL87等，还测量ECU工作时消耗的电流，尤其是静电流。为了实现ECU的低电压测试，采用电源切换板HS6201实现两个不同电源的切换。也可以切换到一个可以高速控制的电源，来模拟电压突变。该模块提供多个带电流测量的电源输出，用于为ECU供电。

3.3 测试平台信号调理与网络测试

仿真模型中信号为数字量，需通过信号调理来实现仿真数字信号与真实信号之间的转换。在本测试平台中信号调理的实现方式为信号调理载板加不同的信号调理模块。信号调理载板用于将需要进行调理的信号连接到信号调理模块，并可以实现与不同的信号调理模块的连接。每种信号调理模块有特定的用途，用于实现一组信号（4或者8通道）的调理。包括：数字信号输入、输出调理和模拟信号输入、输出调理。CAN通信测试方案如图3所示。

图3 CAN通信测试方案

为了实现对整车网络中信号的操作，需对整车网络路由进行重新设计。特别开发出一套可以随意切换网络通道的“虚拟网关”，通过“虚拟网关”，可以断开特定的ECU和网络其它部分之间的通讯信号，或者进行字节操作、定时操作、屏蔽某条报文，甚至对报文长度进行操作。利用总线仿真，可以模拟一个不存在的或者临时关掉的ECU发送的报文。但总线仿真不是模拟替代的CAN节点的功能，而是模拟CAN节点的通讯功能。

3.4 故障注入

故障注入用于为ECU模拟各种硬件故障，如短路、断路。用于测试ECU的故障诊断功能。ECU的输出端首先连接到BOB（Break-Out-Box），通过BOB，可以方便地手动断开或连接任意一个信号，也可以方便地从BOB测量任意一个信号。接着，ECU的输出信号连接到故障注入板，可以模拟对地短路、对电源短路、开路等故障。通过故障注入板的ECU输出信号分别连接到负载（驱动负载用）和信号调理板（采集ECU的输出信号用）。EFI（Electrical Failure Insertion）软件通过PC机的串口控制故障注入板卡可自动实现BOB功能及连接、断开等操作来实现相应的故障模拟。

3.5 整车控制器测试硬件资源分配

按照VCU控制器管脚类型，可分为PWM_In、PWM_Out、Dig_In、Dig_Out、AN_In、AN_Out、RES_In、VSS、GND、CAN_H、CAN_L等信号类型，同时，根据该分类配置相应的IO硬件资源，将VCU与整车仿真环境连接起来。表1为VCU与HIL测试平台资源的对应表，VCU控制器管脚与设备信号IO、故障注入、监测资源一一对应。

表1 VCU控制器与HIL平台连接信号示例

除了配置信号调理电路，同时，在各信号IO端配置故障注入、大电流故障注入、电流测量、负载等资源，以对相应管脚进行对应的故障注入和状态检测，从而仿真模拟ICU、VCU正常工作状态及故障状态。

图4为ICU、VCU控制器与HIL测试实际连接图，控制器各管脚对应相应的硬件资源，该部分不仅是硬件与软件的接口，也是各管脚信号IO与故障注入的载体。

图4 ICU与VCU控制器与HIL平台连接

4 测试平台软件方案

为了实现在测试中与测试平台的交互，本测试平台采用上位机控制软件与目标机受控对象模型连接，目标机受控对象模型与测试设备资源一一对应。通过该模型可实现人员—上位机—测试设备的实时互联及数据的实时访问。这样，通过上位机既可以实时控制测试设备资源，亦可实时监测测试设备及被测控制器状态。

4.1 VCU测试IO模型

IO模型将上位机测试软件与ICU、VCU测试设备相关资源实现一一对应的连接，例如，ICU或VCU控制器接受或发送的所有报文信号。与其它模型相比，该模型对应关系更清晰，便于不同平台模型的移植[3]。上位机测试软件可通过监测控制器的报文信号来监测控制器的实时状态。同时，也可对该控制器进行网络及电气故障的注入，再通过控制器的故障码及控制信号验证该控制器的故障诊断功能。

4.2 上位机测试软件

上位机测试软件是控制和监测测试设备状态的接口，其中各个模块对应所需控制或监测的量。

与其它设备上位机软件相比，本测试平台的测试界面更丰富，并且可以非常方便地关联模型映射量[4]。通过该界面，可以实现对车辆仿真模型中各个参数的控制，以模拟实车各个工况，同时，监测车辆及控制实时数据，来对ICU、VCU功能进行测试与验证。

基于上述手动配置参数及人为观察评价测试结果的测试经验，我们在上位机测试系统中采用自动化测试软件Automated Test System来实现自动化测试，同时，应用Python脚本编写配置参数及进行复杂测试结果判断。通过上述方法，既保障了测试平台的自动化测试水平，也提高了测试结果评判的效率。

根据测试需求和测试用例，开发完成测试序列后，在自动化测试软件Automated Test System中采用Test Plan组件编写自动化测试序列，实现了整个测试计划的自动化执行。

在自动化测试过程中，序列实时采集测试结果数据，再根据脚本程序实现测试结果的评价。为了嵌入到自动化测试软件中，采用了Python脚本编写各种复杂的评判程序，包括车辆远程启动防盗验证、自动出车和自动泊车的线路规划点评价等复杂逻辑评价。最后自动化生成测试报告。

在上述自动化测试实现过程中，定义了完整的术语词典、通用变量及通用库函数。实现了基于本测试车型开发的测试用例、自动化代码的可复用，并可非常方便地移植到其它车型的ICU、VCU测试中。

5 测试验证

针对智能网联车型远程控制与整车控制器各功能点测试需求，我们制定相应的测试用例。在虚拟仿真环境中仿真各个工况来验证智能远程控制及整车控制功能，同时，监测整车报文信息来评判该功能是否满足设计要求，图5为车辆虚拟仿真测试场景动画。

图5 车辆测试场景

我们可以通过手机APP操作来直接控制HIL平台中ICU与VCU的动作，也可以通过测试界面中IO模型控件来触发相应的远程控制指令，图6为红旗某车型远程手机APP控制界面。

图6 手机APP控制界面

测试过程中，本平台通过IO硬件实时采集整车控制器各管脚信号值，同时也实时监测整车CAN总线信号值，根据用例中评判库来判定该测试用例的测试结果[5]。

以远程空调开启功能为例，工作流程为：ICU收到用户手机APP中远程空调启动请求，将该信号转发至VCU，VCU控制整车高压上电成功后，判断电池SOC是否满足空调开启阈值，并判断整车未进行直流或交流充电加热，条件都满足时会发送远程空调开启命令给AC控制器，AC控制器控制空调开启，同时，AC控制器通过VCU和ICU反馈空调状态至用户手机APP中。在本方案中，通过模拟用户手机APP与ICU的交互信息、AC控制器的工作模型来对实际ICU和VCU的远程空调开启功能进行验证。同时，我们在本方案中也可以模拟注入远程空调开启时报文错误、等待时间超时、直流或交流充电、SOC过低等特殊工况和故障工况下，VCU和ICU的控制逻辑是否满足设计要求。

6 总结

本文介绍的智能测试设备在红旗产品开发项目中的应用体现了本设备和技术的先进性和通用性，通过测试用例库的建设使得本平台的测试用例可通过简单的修改复用至红旗其它车型的测试中。本测试设备在测试过程中具有测试覆盖广的特点，并且通过本方案可直接模拟车辆各种状态及控制器管脚开路、对电源短路、对地短路等故障，方便地进行远程车辆状态测试及控制器故障诊断功能测试。同时，基于整车HIL系统的自动化测试技术使整个测试过程变得更加安全高效，在实验室模拟各种碰撞、道路救援、天气状况、车辆失控等状态下的整车试验工况，降低了远程控制与整车控制功能测试的成本和危险度，缩短了验证周期。