孔令静 从宏超 梁长飞 盛亚楠
摘 要：介绍了一种基于dSPACE的电动汽车整车控制器的硬件在环仿真测试系统。同传统的测试系统相比，HIL（硬件在环）的测试效率更高，测试覆盖面积更广。该仿真系统包括整车控制器、dSPACE机柜、PC机及其整车控制器与dSPACE相连接的线束，上述仿真测试系统更加接近于真实整车环境。本文以定速巡航测例为例在此基础上进行测试，其测试结果更接近实际，更为准确，缩短整车控制器研发的周期。
关键词：dSPACE;硬件在环;电动汽车;整车控制器
随着电动汽车的应用越来越广泛，电控系统的使用也越来越受各大零部件及汽车厂商的青睐，而电控单元的开发离不开HIL（Hardware in the loop）测试。HIL测试系统为电控单元提供一套完整闭环验证环境，从而尽早提高电控单元软件质量，缩短电控单元的开发周期。整车控制器做为电动汽车的核心零件，其HIL测试尤为重要。
1 HIL测试系统简介
HIL（Hardware in the loop）是一种电控单元（ECU）的一种测试方法， 模拟的控制对象形成闭环，实现对ECU功能和性能的测试，如图1所示。HIL作为替代真实环境或设备的一种典型测试方法，既提高了仿真的逼真性，有解决了以前存在于系统中的许多复杂建模难题。在开发初期阶段，需要快速地建立控制对象原型及控制器模型，并对整个控制系统进行多次离线及在线的试验来验证控制系统软件、硬件方案的可行性，这个过程称为快速原型控制（RCP）[1]。而dSPACE实时仿真系统为HIL和RCP的应用提供了一个协调统一的一体化解决途径。dSPACE研发了一套控制系统和半实物仿真的软硬件工作平台，该平台是基于MATLAB/Simulink并且与其拥有很高的契合度[2]。此外，dSPACE的软件环境具有功能强大和用户易操作的特点，包括自动生成代码/下载和试验/调试的一整套工具包[3]。
本文基于搭建的HIL测试平台，对VCU（Vehicle Control Unit）各功能点进行了自动化测试。自动化测试的流程如图2所示，首先根据待测VCU的电气特性进行HIL台架硬件平台和仿真模型的搭建，然后根据VCU功能规范对测试用例进行系统的编写，再依据测试用例对测试序列进行搭建并将搭建好的测试序列进行自动化测试，最后对测试结果进行整理与分析。本文以定速巡航的HIL自动化测试为例，对自动化测试流程进行系统的阐述[4]。
2 HIL测试平台开发
2.1 HIL测试系统组成
HIL系统由仿真硬件平台、实验室管理软件和实时仿真模型组成。其中仿真硬件平台包括机柜、可编程电源、实时仿真机、信号板卡、信号调理板卡、故障注入板卡等，如图3所示。
2.2 HIL测试系统硬件搭建
仿真试验运行的支撑平台，主要由配有各类I/O板卡及通信板卡的高性能实时仿真器及运行的仿真模型组成。仿真机的模型通过CAN总线及模拟数字量I/O等方式与待测ECU进行交互，控制程控电源给待测件供电，控制故障注入板箱执行电器故障的仿真和注入。如图4所示为本公司购买的dSPACE Simulator实物，主要由两块板卡构成：DS1006实时处理器板卡和DS2211 I/O板卡。
故障注入单元主要用于模拟硬件在环测试系统中电气故障的测试装置，用于检测被测件在电气故障条件下的稳定性及诊断故障码[5]，如图5所示。
故障注入箱的前面板排列有多个插头，可通过将插头拔出进行短路、开路、短路到地、短路到电源的故障注入，也可直接从输出端进行信号检测和激励信号的输入，如图6所示。
线束是机柜、台架与被测样件之间的连接纽带，也是HIL测试系统的重要准备工作，线束连接工作如图7所示。
2.3 搭建整车仿真模型
本文根据纯电动车型的特点，建立了VCU闭环测试模型，如图8所示。模型由IO接口模型和纯电动车辆模型两部分组成。其中IO接口模型主要由VCU硬线输入输出模块、CAN总线模块组成，纯电动车辆模型主要包括驾驶员模型、电池模型、电机模型和减速器模型等，如图9所示。
2.4 VCU测试上位机搭建
本文采用的上位机软件主要为dSPACE公司开发的ControlDesk和AutomationDesk，来进行HIL的自动化测试。
1）ControlDesk 加载模型经过编译后的sdf数据库。将所调用的数据进行图形化处理，对数据进行实时监测和修改，如图10所示。
2）AutomationDesk 图形化的自动化测试序列编写软件。通过调用ControlDesk中的数据控件，对数据进行设定，并且在自动化测试的过程中，对数据进行观测记录生成测试报告。
3 HIL自动化测试
本文基于AutomationDesk 软件，对VCU定速巡航功能点的测例进行HIL自动化测试，具体的测试过程如下所示：
1）测试需求。在整车“ready”下，车速在40 km/h以上时，整车能正常进入和退出定速巡航功能。
2）测试用例描述。整车“ready”按下巡航开关按键“on”整车进入预巡航状态，仪表显示“巡航指示灯闪烁”;当前车速40km/h 3）测试序列。在建好的数据字典与基本动作库中，对相关变量进行拖拽选取，形成测试序列。 4）测试执行。对搭建好的测试序列进行系统批量的执行。 5）测试结果的分析。整车进入预巡航状态，信号crd_flg_CrsStatus_off2Pre触发，由0到1，如图11所示;整车进入巡航状态，车速在大于40km/h时，信号crd_flg_CrsStatus_Pre2On触发，由0到1，如图12所示;整车进入巡航暫停状态，信号crd_flg_CrsStatus_On2Cancel触发，由0到1，如图13所示。以上测试结果均满足测试的预期结果。 4 总结 在新能源汽车的控制器开发领域中，HIL测试具有非常重要的地位。对于整车控制器的开发，采用HIL自动化测试系统，可以对整车控制器策略（特别是极端危险工况下的控制策略）进行验证优化，可以减少实车的实验次数，完成一些实车无法实现的故障测试，一定程度上缩短整车控制器研发的周期。 参考文献： [1]欧阳明高.中国新能源汽车产业未来十年大势展望[J].汽车纵横，2016（6）：62-65. [2]北京经纬恒润科技有限公司.一种整车控制器：201620356250.3[P].2016-04-25. [3]葛庆光. 纯电动汽车整车控制器的研究[D].合肥工业大学，2012. [4]樊晓松，邵华，邢进进. 新能源汽车动力总成测试系统平台[J].汽车技术，2014（9）：39-43. [5]王永庭，黄英，张付军. 基于硬件在环仿真的变速箱电子控制单元的开发方法[J]. 兵工学报，2007，28（8）：897-902.