dSPACE半实物仿真技术在汽车电子集成测试中的应用

詹德凯，李顺智，张超

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141)

dSPACE半实物仿真技术在汽车电子集成测试中的应用

詹德凯，李顺智，张超

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141)

随着科技的进步和生活质量的提高，汽车电气系统复杂程度增加；汽车行业竞争加剧使得研发周期缩短，电气系统测试变得至关重要。文中以中华某款车型测试为例，阐明dSPACE半实物仿真技术在集成测试中的实现方法，通过实践证明其大幅缩短测试周期并增加了系统的可靠性。

dSPACE；硬件在环；自动化测试；集成测试

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-77-03

引言

随着科技的进步和生活质量的提高，汽车已经进入“电”时代，以舒适，安全，环保，节能为主题的车时代使得其承载着大量的电子器件，从而增加了其电气系统的复杂性，验证该系统的可靠性越来越多的得到了行业内的重视。汽车行业激烈竞争使得各个整车厂纷纷缩短研发周期加紧新车上市的步伐，如何能在最短的时间内验证新车电气系统设计的合理性和可靠性已然成为当今整车厂日益关注的话题。

目前解决上述问题行之有效的方法就是尽可能的实现测试自动化并将部分实车测试工作转移到实验室中进行，本文以中华某款车型测试为背景，详细阐述dSPACE半实物仿真工具在如何在集成测试中得到应用。

1、dSPACE系统介绍

dSPACE半实物实时仿真系统是德国dSPACE公司研制开发的以MATLAB/Simulink为依托的软硬件半实物仿真平台，其具有实时性强，扩充性好，可靠性高的优点。硬件方面配备具有高速运算能力的处理器，并具有丰富的I/O资源供用户选择，软件方面具备功能强大，界面友好的特点，涵盖目标代码自动生成下载，实验调试及自动测试序列编写等全套工具，是目前是RCP（快速控制原型）和HIL（硬件在环）的最为优秀的实时平台[1]。

dSPACE在整个控制器过程中拥有其独特的“V”字开发流程[2]，如图1所示：

快速控制原型技术（RCP）应用于设计阶段，主要用于控制器的开发，由于在上位机上可以反复修改设计模型，并进行离线仿真及实时仿真，使得在设计初期避免设计上明显的缺陷，进而降低设计修改的费用。快速控制原型的实现必须依托于适当的模型建立，离线仿真，实时开发测试工具。

硬件在环技术(HIL)[3][4]是一种行之有效的测试技术，近年来被广泛应用在汽车电子电器零部件测试及集成测试之中。该测试技术能够对单独零部件及集成系统进行全面，细致的测试。在真实测环境中，极限工况测试和失效测试较为危险且所需要的费用较为昂贵，此时HIL测试技术便凸显其优势，各种工况及条件都可以进行模拟，大大降低了测试的成本。在汽车电气系统开发的各个阶段都需要对系统的各个功能需要进行重复测试，而HIL的自动化测试序列可以大幅缩短测试周期，其集成的故障注入功能免去繁琐的手工操作，节约时间和成本，进而实现在缩短开发周期的前提下，保证系统设计的可靠性。

2、硬件平台构建

在本项目的HIL测试中，被测对象为各个真实的ECU，机柜的作用相当于可被上位机控制的I/O接口，I/O接口及负载模型在Matlab/Simulink中得以实现，I/O的实际功能则由一系列板卡如：主处理器板卡，I/O通讯板卡，总线板卡，故障注入板卡，信号调理板卡及辅助板卡等来实现，而I/O资源的需求主要分为八类，即：模拟电压输入，模拟电压输出，数频电压通道，数字电压输入，数字电压输出，PWM频率电压输入，PWM频率电压输出以及阻值输出通道。

负载和执行器采用真实部件，放置在定制的测试台架上，可以在测试的过程中对真实的负载和执行器进行验证。

3、软件平台实现

HIL测试的软件平台由三部分组成，它们分别是Matlab/ Simulink，ControlDesk Next Generation和Automation Desk。应用Simulink搭建车身系统的模型，应用ControlDesk实现上位机与硬件的实时通讯，应用Automation Desk编写自动测试序列，实现自动化测试。

3.1 Simulink模型搭建

车身部分的ECU负责整车的舒适及娱乐方面的功能，涉及到11个ECU协同工作，因此该模型较为庞大，其中body1fasttask中存放着负载模型，body1io中存放着5个ECU的I/O模型，body2io中存放着6个ECU的I/O模型，而body1bus中存放着总线通讯方面的模型。模型在搭建的过程中，根据车身部分的实际架构进行搭建，考虑各个ECU的每个引脚的实际要求进行配置，使得模型与实际情况相符合，以增加测试的准确性。

图2为在项目中车身部分的Simulink模型：

3.2 ControlDesk Next Generation可视化界面创建

ControlDesk Next Generation是dSPACE公司出品的一款上位机软件，它的作用是实现上位机与机柜之间实现实时通讯，主要包含以下功能：

1）综合管理实验过程；

2）图形化管理实时硬件；

3）丰富的可视化库，提供大量的可视化控件；

4）可视化的变量和参数管理；

5）实现实验过程的自动化。

图3为在该项目中运用ControlDesk Next Generation创建的中华某款车型车身控制器的测试控制界面，在上位机上可以轻松实现对ECU的信号发送及对执行器的控制。

3.3 运用AutomationDesk实现自动化测试

AutomationDesk是dSPACE公司出品的一款上位机软件，是一款能够创建和管理自动操作任务的通用工具，实现自动化测试，使得测试过程更有效并能够提高测试的效率。AutomationDesk可以管理所有的测试所需数据，并按照指定的控制流程和测试参数执行测试，记录测试结果，并生成测试报告。Automation以Python语言为依托通过与ControlDesk Next Generation进行实时数据交互来实现其对ECU及执行器的间接操控。

AutomationDesk在测试中的主要作用是可以根据功能规范或测试用例编写测试序列，测试序列的形态类似于模块化的变成语言，测试序列的编写可根据测试台架的手工测试流程进行。合理的使用AutomationDesk的基础库构建具体的操作模块进而搭建不同项目所需要的测试用例库。图4为运用AutomationDesk编写的测试序列，测试内容为组合仪表舒适设置的一条测试用例。其测试的顺序按照手工测试顺序进行，该序列能够自动运行。

4、结论

本文以中华某款车型的集成测试为背景，介绍了dSPACE工具在汽车电子集成测试中的成功运用，文章以硬件和软件两大主线展开，阐明了dSPACE半实物仿真技术在汽车电子集成测试中如何实现。

dSPACE测试系统是一种有效的汽车电子集成测试手段，通过实践验证其具有以下优点：

1. 在测试序列搭建完成以后，实现自动化/半自动化测试，在各阶段测试中节约大量的测试时间，尤其是在各个开发阶段重复性测试工作中更能凸显其优势；

2. 在测量较为精确的量时不用借助于其他辅助工具可以独立完成，对于时间量可以精确到毫秒级，电流量则可以精确到毫安级别，可以完全满足测试的要求；

3. 在故障注入方面的测试有着明显的优势，测试系统中集成了故障注入模块可以方便的对测试对象注入故障，避免手工故障注入操作造成的时间浪费及整车系统的不稳；

4. 使得繁琐而复杂的操作变得简单，尤其是在极短时间内完成多个操作的测试内容，这对于手工测试来说是很难实现的。

[1] 薛定于. 控制系统计算机辅助设计[M]. 北京：清华大学出版社，2009.

[2] Kendall I R, R P Jones. An investigation into the use of hardwarein-the-loop simulation testing for automotive electronic control systems-A visual formalism for complex systems[J]. Control Engineering Practice (S0967-0661), 1999, 7(11): 1343-1356.

[3] SusanneKghl and Dirk Jegminat. How to Do Hard-ware-in-the-Loop Simulation Right. SAE Paper No 2005-01-1657. Detroit, Michigan.

[4] G Bernhard Heiming, Hardware-in-the-Loop Testing of Net-worked Electronics at Ford. SAE Paper No 2005-01-1658. Detroit, Michigan.

dSPACE Hardware-in-the-loop Simulation Technology Application in Automobile Electronic Integration Test

Zhan Dekai, Li Shunzhi, Zhang Chao
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

With the progress of science and technology and the improvement of life quality, the complexity automobile electrical system increases, the strong business competition of the automobile industry shortens the cycle of research and development, the test of the electrical system is becoming more and more important today. The paper takes a brilliance-auto car testing as an example, clarifying dSPACE implementation method of hardware in the loop simulation technology in the integration test. Through the practice, the method proves it can shorten the test cycle significantly and increase the reliability of the system.

dSPACE; HIL; Test Automation; Integration Test

U467.3

A

1671-7988(2015)06-77-03

詹德凯，就职于华晨汽车工程研究院。