基于VT测试系统的设计与研究

李志涛

（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

随着汽车技术的高速发展，人们对于车辆的安全性、舒适性、节能和环保、智能化的要求日益增加，汽车电子控制单元的数量越来越多，电子电器的功能越来越复杂。汽车上大量电子电器系统的集成使用，导致潜在错误源的数量急剧增加，因此汽车电子电器系统出现故障在常见的汽车故障中的概率也最高［1］。由此，对电子电器功能测试更加重要。本文探讨了应用CANoe软件实现总线、信号仿真，通过VT System和CANoe中的编程语言CAPL分别实现硬件和软件的设计，开发基于VT的测试系统，同时匹配实车电器功能测试台架，从而使电器功能测试覆盖度更高、测试深度提升、灵活性更好，以达成电器功能的测试需求。

1 测试需求分析

本系统是基于长城汽车某车型电器平台而搭建的测试系统，该车型总线拓扑包含34个ECU，各ECU分别分布在3条高速子网上，不同子网上的ECU信息交互通过网关（GW）路由。如图1所示。

由图1可见，该车型具有配置较高、功能交互紧密、系统集成复杂等特点。针对整车电器功能集成测试，在整车电器功能台架测试阶段，需要一种能够监控各模块信号信息，同时又能仿真模拟多种信号的测试系统，用于实现以下测试需求：①车身系统功能测试，影音娱乐系统功能测试，动力、底盘系统信号接口功能测试；②总线物理层测试，总线数据链路层测试，总线网络管理层测试；③总线诊断协议测试，各控制器诊断功能测试；④网关路由、功能测试；⑤电源启停行为测试、电压测试、静态电流测试、电源管理测试；⑥硬线信号测试。

图1 总线拓扑示意图

为满足以上测试需求，采用基于VT硬件系统的设计，开发测试系统。Vector System（以下简称VT系统）是德国Vector Informatik公司针对车载总线网络研发的一款功能测试工具。VT系统作为一个车身电气的通用测试平台，可实现对单个控制器节点的测试以及网络系统集成的集成测试。该测试系统的主要软硬件均采用德国Vector公司的测试工具，软件使用CANoe，主要用来模拟与ECU通信相关的数据环境，提供被测ECU需要输入的总线、硬线信号，并通过VT系统硬件发送仿真信息与监测被测ECU的状态信息。

基于VT硬件的测试系统，与整车电器功能测试台架匹配使用。整车测试台架布置整车真实线束、ECU控制器、执行器、传感器等部件，整车测试台架搭建完成后，应用线束进行测试系统与整车测试台架的接口连接、调试，完成测试系统与整车测试台架的匹配。通过测试系统总线、硬线信号仿真、模拟、监控功能，依据设计的测试用例［2］，由测试人员执行测试，开展整车电器台架的相应测试工作。测试系统主要由VT硬件系统及软件系统组成，如图2所示。

图2 VT测试系统

2 测试系统硬件设计

测试系统硬件由测试系统机柜、供电模块、实时处理器板卡VT6051A、通信板卡VT6204、I/O板卡VT2516、VT系统的激励模块VT2004A、VT系统的底板VT8012、传感器仿真板卡VT2710等组成。

2.1 测试机柜

测试机柜用于安装集成各硬件模块及附件，进口定制机柜Schroff 25U，包含定制的机箱插槽、面板和菲尼克斯连接器附件等。

2.2 供电模块

供电模块采用Vector 12 V恒定电压的电源模块，该模块的尺寸和形状使其能够与VT系统组件兼容，用于VT系统的供电。

2.3 实时处理器板卡

为保证测试执行的实时性，采用VT实时处理板卡VT6051A，运行实时操作系统，实现对VT板卡的管理和数据交互。其基本特性如下：①主频2.5 GHz，4 G RAM；②采用Intel i7 DualCore处理器。

2.4 通信板卡

总线通信仿真基于VT6204实现，VT6204具有4通道高性能CAN/LIN及FlexRay通信接口，具有如下特性。

1）独立4通道通信接口，每通道可通过Piggy模块配置为CAN或LIN接口，支持CAN-FD。

2）通过VT系统实现通信接口的硬件同步，并提供同步接口。

3）每通道都可通过继电器实现断路、线间短路和对搭铁对电源短路电气故障。

4）通过RLCpiggy模块实现电阻、电容和电感的配置， 用户可以根据自己的独特需求来焊接相应的电阻、电感、电容，板卡的技术参数并没有限制电阻、电容、电感的配置数值范围，用户可以根据实际需求进行焊接配置。

5）终端电阻可配置。这里的终端电阻指的是总线的终端电阻，可配置指的不是终端电阻值的大小，而是是否连接终端电阻。板卡内部带有一个120Ω的终端电阻，通过继电器控制，用户可以根据自己的需求来决定是否将该电阻连接到总线上。

6）接收和发送的总线负载可达100%。

2.5 数字I/O板卡

为实现基本逻辑功能测试以及ECU数字型输入通道的门限有效电压测试，对数字I/O输出通道可以仿真开关型、脉冲型信号，且数字信号的门限电平可以设置。采用数字I/O板卡VT2516，其具有16路复合功能的采集通道，每通道特性如下。

1）开关信号仿真：可通过电阻配置为上拉或下拉型开关信号，电压范围0～25V。

2）PWM信号仿真：频率范围为15 mHz～25 MHz，可仿真车速等信号。

3） 数字信号采集：可设置门限电压（0～25 V）采集开关信号，可采集PWM信号频率（15 mHz～25 MHz）和占空比。

4）电压信号采集：采集范围-40～40V。

5）故障仿真：可产生对搭铁以及电源短路故障。

2.6 激励模块

此方案采用任意信号发生板卡VT2004A实现，其具有4路复合功能通道，每通道的特性如下。

1）电压模拟量仿真：电压输出范围0～27 V，仿真精度0.5%。

2）电位计信号仿真：电位计参考电压输入范围为0～20 V，输入阻抗5 kΩ，可仿真节气门开度传感器等。

3）电阻信号仿真：1～3通道电阻仿真范围为10Ω～10 kΩ（即10～100Ω精度为2Ω；100Ω～10 kΩ精度为2%；10～150 kΩ精度为10%），4通道电阻仿真范围1～250 kΩ（即1～100Ω精度为2Ω； 100Ω～250 kΩ精度为2%）。

4）PWM信号仿真：频率范围0.1 Hz～25 kHz，可用于发动机转速传感器、凸轮轴信号等仿真。

5）故障仿真：可产生对搭铁以及电源短路故障。

2.7 传感器仿真模块

传感器仿真模块采用VT2710板卡，具有10通道，可满足如下信号的仿真功能：①4通道可配置的PSI5和SENT通道；②2通道的SPI；③2通道UART/RS232/RS422/RS485；④2通道I2C；⑤可额外提供2通道LVDS。

同时，针对PSI5和SENT通道，VT2710板卡具有如下的电气特性：①传感器供电可达25 V/200 mA；②可产生PSI5的同步脉冲，且电压、时隙、保持时间可调；③电流模块信号可调，高低电流速率可达200 kBit/s；④可产生短路PSI5和SENT信号的短路故障；⑤可仿真各种阻性和容性负载。

2.8 VT系统底板

系统底板VT8012用于连接VT模块和工控机，该底板最多可插12个VT模块，同时为VT模块电源接口。

3 测试系统软件设计

测试系统软件CANoe用于实现VT硬件的配置、硬线和总线仿真信号管理、测试数据监控等功能，同时针对PSI5等特殊传感器仿真，应用CANoe.Option sensor 功能实现对传感器仿真信号的配置。通过CANoe配置其测试环境，搭建虚拟节点［3］和测试程序，每个虚拟节点通过CAPL［4］实现信号、报文仿真，发送。

3.1 测试软件

测试管理软件基于CANoe，实现以下相关的功能需求。

1）硬件配置：CANoe提供图形化的硬件配置功能，实现对VT各板卡的属性配置及板卡控制。

2）网络环境配置：创建网络通信和网络管理环境，配置网络中需检测和记录报文及数据和记录报文及数据，如报文时间间隔，预定义的信息等，并可定义针对特定事件的动作及交互信息。

3）可记录测试过程的总线报文，导出记录文件，并可回放记录文件，测试监控及数据记录。

4）CANoe提供Panel功能，可实现数据监测及测试参数修改，针对该系统的监控功能包括：①控制信号的仿真，如电源上电、电压控制、车速、发动机转速等参数设置；②状态监控，通过报文或硬线监控被测控制器的状态反馈，如电流消耗、故障状态等；③同步跟踪和记录所配置的报文及数据。

3.2 传感器仿真软件

传感器仿真软件基于CANoe.Option.Sensor。CANoe.Option. Sensor主要用于ECU连接的数字传感器的分析、测试和仿真，需在CANoe软件环境中使用，使用时需要VT2710（特殊传感器仿真板卡）作为网络接口，是VT2710所对应的配置软件。主要应用领域有动力、安全、舒适领域，比如压力传感器、空气流量传感器、加速度传感器、雨量传感器、空气质量传感器、温度传感器等。

3.3 测试程序设计

测试程序的开发主要包括测试脚本和人机交互［5］2部分。

1）测试系统的测试程序主要通过CAPL语言实现，可以对虚拟的控制系统进行编程。①CAPL语言基于事件触发的程序，可由总线事件、时间事件、键盘事件触发，同时可直接调用CANoe中的系统函数，完成仿真报文开发，如动力、底盘等相关报文与测试相关的必要报文实现与车身交互；②硬件I/O仿真控制，如温度、燃油传感器、巡航开关等信号仿真；③总线硬件故障仿真控制，如短路、断路故障硬件的仿真控制及节点丢失软故障；④仿真模型设计，如通过典型周期报文检测节点的在线、掉线状态。建立车身域、动力域、底盘域交互功能的定性模型，如来自车身电源状态信号对车速报文的影响，交互功能的信号设计。测试脚本语言如图3所示。

图3 测试脚本

2）人机交互界面设计通过Pannel Designer开发，实现测试操作与软件程序的关联。Pannel中包含总线、硬线信号相应设置与监测窗口，如图4所示。

图4 人机交互界面

4 测试过程

测试系统连接整车测试台架，系统的硬件和软件配置完成后，在上位机上设置CANoe的测试环境，打开人机界面Pannel面板，依据测试用例要求，配置需仿真的总线信号、硬线信号或传感器信号，发送至整车测试台架上的被测系统，构建系统的测试环境，应用CANoe的数据采集功能，监测关注的信号，查看被测对象信号的逻辑响应与功能行为。通过对被测对象信号与行为的分析，判断是否与预期结果一致，达成功能测试目标。如以测试仪表的挡位显示功能为例，首先将测试系统与整车台架上电、配置完成，然后在上位机CANoe软件中配置仿真信息，仿真变速器控制单元发送的所有总线报文信息，在人机交互界面上更改挡位信号值，依据测试用例要求执行测试步骤，查看测试的预期结果。

同时，可应用测试系统的仿真测试功能，完成对整车测试台架的总线物理层测试、通信测试、诊断测试、网关路由测试、硬线信号测试、相关电性能测试等。

5 结束语

本系统是基于Vector VT硬件与软件的测试系统。VT硬件系统可提供各ECU所需的硬线和CAN总线信号，并能对ECU发送信号进行采集，应用上位机软件CANoe完成仿真信号设计与软硬件环境配置，连接整车电器功能测试台架，实现了整车台架总线、功能测试与相应电气特性测量，使台架测试的覆盖度与精度更高，对台架功能测试具有重要的意义。

参考文献：

［1］胡朝峰.汽车电子电器硬件在环仿真实验系统的研究［J］.汽车电器，2010（6）：50-52.

［2］李志涛.功能测试用例设计的研究与分析［J］.汽车电器，2015（12）：57-60.

［3］潘俊家，杨芝华，龚进峰，等.CAN总线网络自动化测试平台应用［J］.交通信息与安全，2013，31（3）：114-117.

［4］ Vector.CANoe_Manual_EN（Version 7.2）［M］.Germany：Vector Informatik GmbH.

［5］ 董士海，王衡.人机交互［M］.北京：北京大学出版社，2004.