基于dSPACE的ESP HIL台架及SYNECT自动化测试系统应用

刘超，杨春伟，崔海峰，孔苇光，吴君



基于dSPACE的ESP HIL台架及SYNECT自动化测试系统应用

刘超，杨春伟，崔海峰，孔苇光，吴君

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 200129）

文章介绍了ESP HIL湿式台架和自动化测试管理系统构建及应用。台架由dSPACE测控系统、ESP系统机电液零件、车辆动力学模型和系统仿真模型等构成，实现了ESP系统开闭环测试；自动化测试管理系统基于dSPACE SYNECT开发集成，实现了测试脚本创建、测试过程执行和测试报告输出全流程自动化。以ESP附加功能中的坡起辅助（HSA）功能测试实例介绍了自动化测试的应用，有力支持了ESP系统开发验证，显著提高测试效率和覆盖率，保证测试的精确追溯性，是一套有效的技术解决方案，具有较好的行业推广性。

ESP；HIL；SYNECT；自动化测试和管理

前言

伴随汽车电控技术的高速发展，尤其是智能驾驶技术的出现，其系统的复杂度急剧提升。电控化产品封装了嵌入式软件，同周边系统实时进行大数据量通讯，执行日益繁多的系统功能，需要对系统进行严格的监控诊断。其代码量大、软件结构复杂、多任务，无不加剧了开发和验证的难度，从而对以传统机械系统为对象的产品开发和验证体系提出了新的挑战。硬件在环(HIL)开发测试系统作为一种新型的开发测试手段，其精度高且能够实现自动化测试的优点，对产品性能和品质的提高具有极大的促进作用。目前，HIL测试系统在国外电控系统的开发测试中应用已经比较广泛，在国内典型应用在车身控制仪表类电控模块的开发测试中，文献[1]进行了应用介绍。在底盘电控模块的开发测试中，HIL系统测试还较少应用，部分整车企业和学校开展了一些关于防抱死制动模块HIL测试平台搭建的研究[2,3,4,5]。本文阐述了一种机电液集成模块化设计的湿式ESP（电子稳定）系统HIL台架构建和模型集成方案，并结合SYNECT自动化测试管理系统对ESP辅助坡起功能自动化测试进行应用介绍。

1 ESP湿式HIL台架系统组成

ESP HIL测试构建方案有多种方案[2,3,4,5]，实时仿真硬件经历了从早期PC机，到选择专业HIL实时硬件和配套软件（比如NI，dSPACE等）的演变过程；从ESP系统集成分为只集成ESP控制模块的干式HIL测试系统和集成ESP液压系统的湿式HIL测试系统。本文所介绍的一种基于dSPACE的湿式ESP HIL测试系统的构建，正是满足主机厂使用目的而打造的一套机电液集成模块化设计的HIL测试系统。

该套ESP HIL测试系统由HIL实时仿真器，驾驶员踏板模拟系统，机电液一体化湿式机柜，仿真模型，上位机5个部分组成。dSPACE HIL实时仿真器主要包括核心处理器，仿真与采集板卡、电源组成；驾驶员踏板模拟系统主要通过一个高速线性电机推动真实制动踏板，模拟驾驶员的制动踏板命令；湿式机柜包含真实制动控制模块、液压管路、踏板模拟器和执行器；制动控制系统仿真模型是整个HIL测试系统的核心部分。

图1 ESP湿式HIL台架构建图

为制动控制系统正常工作提供虚拟实车环境；车辆模型是CarSim车辆动力学软件；上位机由dSPACE公司工具链软件平台构成。汽车制动控制HIL自动化测试系统设计思想是把真实的制动控制模块和液压回路放置在一个虚拟整车的环境中，通过实时仿真接口RTI和I/O板卡、通信板卡和传感器仿真板卡与运行在DS1006多核处理器板卡中的车辆动力学模型链接在一起，再辅助以各种上位机软件，构成一个完整的机电液HIL自动化测试系统，实现真实模块和系统在虚拟车辆及环境中的闭环仿真。下图为HIL测试台系统框图。

1.1 硬件构成

实时模拟系统利用dSPACE实时仿真器提供制动控制系统所需的各种硬件信号和软件信号。该套系统可以模拟4个全类型轮速脉冲信号，提供制动控制模块电源和总线信号。同时具备强大的数据采集功能，实时采集来至制动系统的6个压力信号，踏板力和踏板位移信号。

驾驶员踏板模拟系统是利用一个高速线性电机，模拟驾驶员制动动作，进行制动踏板力或者踏板位移控制。在线性电机和制动踏板之间串接了力传感器监控模拟驾驶员踏板力，从线性电机同时可以监控到制动踏板位移信号。

真实制动系统湿式柜由实际车辆全套制动系统构成，包含制动踏板，助力器，制动主缸，制动液壶，制动控制系统，前后轮制动盘及轮缸，前后轮制动盘，及制动管路。整套制动系统里充满了制动液，和真实车辆制动系统保持一致。为了监控制动系统的工作压力，分别在4个轮缸和2个主缸中接入压力传感器。

ESP湿式HIL测试台架实物，如下图所示。通过定义统一接口和设计不同项目平台的模块化湿式柜，采用“乐高”组合概念，实现短时间内多项目跨平台测试的切换，满足企业多平台产品开发测试的需求。

图2 模块化制动系统HIL测试台架实物

1.2 仿真模型

HIL模型，主要包括车辆动力学模型，程控电源模型，机柜控制模型和总线通讯模型。该模型利用MATLAB/ SIMULINK进行集成和编译，并下载到dSPACE实时模拟器中进行毫秒级的实时运算，实现真实制动系统和虚拟模型在环测试验证。

通过驾驶员踏板模拟系统，可以把制动命令转换为制动踏板行为，在真实的制动系统内部产生一定制动压力。实时模拟器同步采集真实制动系统中4个轮缸和2个主缸上的制动压力，输入到车辆动力学模型中的制动模型，并匹配特定高附或者低附路面，产生车辆的制动力，实现模型车辆的速度和减速度变化。通过实时模拟器上的轮速模拟器板块实时仿真出对应的车辆速度变化脉冲信号并传递给ESP系统。ESP系统通过控制算法实现特定ESP，ABS，TCS等功能。在此基础上也可实现对ESP扩展功能HSA， EPB，ACC，AEB等的相关HIL仿真测试。ESP湿式HIL测试台架仿真模型如下图所示。

图3 仿真模型框图

1.3 软件工具链

上位机中包含由dSPACE公司开发的工具链搭配CarSim车辆动力学模型构成完整的软件系统。

1）Control Desk 基于标准模板，按项目测试需求增减控件，进行模型信号与控件关联，搭建灵活的人机交互控制界面，如下图所示。

图4 Control Desk 界面

2）Automation Desk 图形化的编程语言，可以直接拖拽，操作简单方便，采用定制化的测试框架，实现自动化测试脚本的创建更容易，模型界面如下图所示。

图5 Automation Desk 界面

3）CarSim 车辆动力学软件实现对车辆动力学参数的配置，测试工况和道路的设定及三维动画显示，操作界面如下图所示。

图6 CarSim 界面

Control Desk 直观地监控车辆运行状态参数和环境，如下图所示。需要注意的是，所有软件必须加载Matlab/Simulink编译模型生成的同一.sdf文件才能下载到dSPACE实时硬件中去运行。

整个HIL测试系统搭建完成后，需要对该系统进行调试，保证测试准确性，避免由于测试设备问题导致测试错误。具体调试包括激励、开环和闭环调试。激励调试只需要确认机柜通道为导通且无串线即可；开环调试需要确认输出随输入的变化而响应；闭环调试是在开环的基础上加入模型控制，实现电控系统和整车电气网络环境的闭环，达到精确仿真的目的，同时利用线性电机推动制动踏板作用，实现机械液压系统的闭环工作。闭环调试通过后，就可以进行ESP系统的开发与自动化测试工作。整个HIL测试中ESP系统使用实际的零件并包含完整的液压系统环境，既可以支持ESP系统的静态诊断测试和功能逻辑测试，未来可以进一步拓展性能的标定测试。在开展自动化测试过程中，HIL台架的使用率会更高，涵盖的测试范围更广，测试的效果和实车更接近。

图7 ESP HIL试验监控界面

2 SYNECT自动化测试管理系统

2.1 SYNECT系统介绍

自动化测的试优点是执行速度快，结果反馈迅速，但开发和维护自动化测试案例及脚本需要投入更多的人力物力，才能确保HIL测试的自动化执行和高的测试覆盖率。

为了更好管理测试案例、测试过程以及测试结果，泛亚在国内率先引入最新的dSPACE工具软件SYNECT，并集成特定测试要求，自主开发匹配软件，实现整个流程管理，试验执行，数据交换，后台模型和HIL设备的无缝关联。

图8 SYNECT测试管理界面

2.2 自动化测试流程

图9 自动化测试管理流程

整个HIL平台搭建调试好后，在支持制动控制系统手动测试同时，也可支持自动化测试，节省大量的测试时间和提升测试质量，使开发者把主要工作放在精细模型、优化测试用例和结果分析上面。结合企业自身业务特点，泛亚自主开发了自动化测试业务流程，如下图所示。首先根据测试需求编写测试用例，然后根据测试用例搭建测试序列，实现自动化测试执行，最后是测试结果分析与报告管理。下面将以制动控制系统HIL自动化测试为例，完整介绍整个自动化测试流程。

2.2.1自动化测试案例生成

通过开发基础的测试框架和脚本，实现底层测试代码的自动生成，使测试开发人员可以专注于应用层测试案例的开发。通过自主开发的配套软件，实现开发者用自然语言的方式定义测试脚本，提升了测试案例定义的效率和准确性。相关测试案例开发界面如下：

图10 自动化测试案例

2.2.2自动化测试案例执行

自动化测试最大的优点就是执行速度快效率高，可以几倍甚或数十倍的减少测试时间，从而实现压缩项目开发周期。该套自动化测试系统，结合车辆动力学模型，可以实现ESP静态和动态的自动化联合测试。下图展示的ESP动态测试自动化执行情况。

图11 自动化测试案例执行

2.2.3自动化测试结果生成

图12 自动化测试结果

测试结果由自动化测试工具自动判断给出测试结果并快速生成报告。该报告的结果和版本在管理系统中进行跟踪和审批。无论对于原始数据的管理，结果的评判和报告的发布，自动化管理系统可以做到一键输出，极大提升了对结果分析处理的效率。下图展示的自动化测试结果界面。

3 基于HIL台架自动化测试应用

对于制动控制系统ABS、ESP等性能HIL仿真测试有很多文章进行过论述和介绍，本文主要针对ESP标准坡起辅助功能HSA HIL自动化测试进行应用介绍。

3.1 ESP坡起辅助功能测试工况概述

1）测试需求测试坡道起步辅助功能能否在坡道上保持车辆不溜坡。

2）坡起辅助功能包含：自动挡和手动档车辆测试，前进挡车头向上和倒车档车头向下测试；在这里我们以自动挡车辆车头向上的测试为例描述待测试工况。

3）测试用例描述使车辆驶入目标道路：上坡路面，长度5 00m，宽3.5m，附着系数为0.93；驾驶车辆车头向上D档行驶到坡道上，踩刹车踏板驻车；开始采集；松刹车踏板，使车辆驻停在目标道路上，超时后车辆开始后溜。如表1所示：

表1 不同坡度坡起辅助驻车测试参数

3.2 ESP坡起辅助功自动化测试执行

创建定制化的测试框架，好处是将测试用例中语言的描叙图形化。

创建基本指令库对一些基本操作（如：上下电、踩油门、踩制动踏板等）进行建库，方便测试创建测试脚本。

基于创建好的测试框架和指令库，自动化的测试脚本步骤就很容易通过查找使用基本指令库来实现。

测试执行可以逐个执行测试脚本，也可以批量执行。

根据测试需求创建不同坡度的坡道进行组合测试，如图13所示是在Carsim中创建的15%的坡道。

图13 HAS功能自动化测试执行

3.3 ESP坡起辅助功能测试结果分析

测试结果分析自动生成测试结果和详细报告，并对重要的变量曲线进行绘图，帮助分析。

由图14可以看出，车辆在15%的坡道驻坡的情况下，松开刹车，制动系统开始保压，超出设定2S时间后在0.5s时间完成泄压退出；根据主缸和轮缸的压力曲线，压力持续的时间来验证坡道起步功能逻辑的完整性和正确性，有效的帮助制动控制系统的功能的开发和验证。

和实车测试相比，HIL台架在坡起辅助功能的测试上费用低时间短测试覆盖率高。主要体现在不需要协调使用实际车辆和和试验场地的，虚拟的测试坡道容易建立覆盖所有要求的坡度，极大提升了HSA功能的验证效率和质量，以及开发成本。

图14 坡起辅助功能测试曲线

4 结论

综上所述，通过自主开发机电液集成模块化设计的HIL自动化测试台架及自动化管理系统，并用于ESP功能测试、通信测试、故障诊断测试及预标定测试，支持整车开发中ESP控制模块的开发验证和测试管理。并以HSA功能测试为例，详细介绍了ESP系统HIL自动化测试流程及应用，展现了自动化测试的优势，在产品开发早期进行验证测试，模拟各种复杂极限工况，提前发现设计问题进行预防，实现了压缩开发周期，减少实车验证数量，降低开发成本和提升测试人员安全保障，是ESP系统快速开发验证的有效途径。自动化的测试管理系统，覆盖产品开发全流程，从案例建立、计划制定、验证执行、结果评估和过程追溯等全过程的自动化和数字化，达到国际先进水平，相关的思想和方法，以及工具链运用，具有较好的行业推广性。

[1] 詹德凯,李顺智,张超.dSPACE半实物仿真技术在汽车电子集成测试中的应用.汽车实用技术.2015（6）.

[2] 宋传学,李建华,勒立强.基于CAN通信的ESP硬件在环试验台开发.吉林大学学报（工学版）.2010（40）.

[3] 吴海东,郭孔辉,卢荡.基于LabVIEW+RT的硬件在环仿真.汽车技术.2010（9）.

[4] 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.汽车实用技术.2016（3）.

[5] 陈家琪,周晶晶.汽车ESP实验系统及其硬件在环仿真研究.上海理工大学学报.2011（33）.

[6] 王爱春,吴方义,刘卫东等.基于硬件在环的车身电子稳定系统自动化测试研究与应用.汽车电器.2016（11）.

[7] 龚丹.自动化测试之我见.计算机光盘软件与运用.2012（17）.

[8] dSPACE Magazine,2017（2）.

[9] Anne Geburzi,Mario Heidernatsch,Ulrich Eisemann.Model-Based Software Development:Optimally Connect User and Tools,dSPACE Magazine.2016（9）.

[10] dSPACE_SYNECT_Product-information.2018.

Application of the automatic test system based on dspace esp hil bench and synect

Liu Chao, Yang Chunwei, Cui Haifeng, Kong Weiguang, Wu Jun

（Pan Asia Technical Automotive Center Co., Ltd., Shanghai 200129 )

This paper introduces ESP HIL wet bench and automatic test management system. The bench is composed of dSPACE measurement and control system, electro-hydraulic parts of ESP system, vehicle dynamics model and system simulation model, which realizes the open and closed loop test of ESP system. The automated test management system is based on the development and integration of dSPACE SYNECT, which realizes the automation and test management of test script generation, test implementation and result output. The application of the system is demonstrated with an example of hill start assistant (HSA) function test in ESP additional function. It strongly support ESP system development and test. It is a very effective technical solution, which can improve test efficiency and coverage, ensure the accurate traceability and good promotion.

ESP; HIL; SYNECT; automatic test and management

U463

A

1671-7988(2019)05-79-05

U463

A

1671-7988(2019)05-79-05

刘超，本科，就职于泛亚汽车技术中心有限公司，工程师。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.023