CANoe和CAPL语言在整车级故障测试中的应用

周敏　徐嫚　孟鑫　黄祖朋　谢佶宏　邵杰

摘 要：故障测试是零件的重要测试之一，但在整车上故障测试则存在极大的限制。文章基于CANoe及CAPL语言实现的复杂报文发送功能，讨论CANoe和CAPL语言在纯电动汽车整车级故障测试的应用。

关键词：CANoe CAPL语言 故障测试 纯电动汽车

Application of CANoe and CAPL in vehicle-level failure test

Zhou Min Xu Man Meng Xin Huang Zupeng Xie Jihong Shao Jie

Abstract：Failure test is one of the important tests of parts， but there are great limitations in failure test on the whole vehicle. Based on the complex message sending function realized by CANoe and CAPL， this article discusses the application of CANoe and CAPL in the vehicle-level fault testing of electric vehicles.

Key words：CANoe， CAPL， failure test， electric vehicles

1 引言

随着汽车行业和电子行业的不断发展，零部件级的功能测试和故障管理测试已经十分成熟[1]。而在整车级测试中，故障测试由于其故障产生的多样性、破坏性及危险性，在整车上变得难以测试[2]。现今汽车上基于CAN总线开发零部件越来越多，特别是纯电动汽车，其电机、电池、电控三大核心零部件的主流的通信方式就是CAN总线。所以利用CANoe强大的CAN总线开发能力，基于CANoe和CAPL语言实现整车级的故障測试成为一种简单、低成本的方式。

2 整车级故障测试困难点

整车级故障类型大致可以分为2类，一类是硬件故障，一类是兼容性故障。

硬件故障是整车最容易出现的故障，出现硬件故障大多是损害性故障，直接制造故障等于破坏零件。首先整车出现硬件故障时可以是单个零件，也可以多个零件，这就使得测试变的多样化。如果每种情况都测试，就会损坏大量的零件，同时更换零件也会使用大量时间，这就会产生大量资金成本和时间成本。

兼容性故障是指在某些特殊情况下出现的零件兼容性故障。这种故障出现时，零件自身可能无故障或出现某些轻微不影响零件功能实现的故障，但由于整车是由多个零件构成，零件之间相互关联，某个或多个零件处理故障时就可能造成其他零件功能受限或完成失效。由于兼容性故障的多样性、关联性和未知性，利用直接制造故障的方式去验证车辆是否存在兼容性问题变得复杂、耗时和高成本。

3 CANoe和CAPL语言整车级故障测试中的应用

CANoe软件中的仿真模块是可以实现报文的模拟发送，配合CAPL语言编程，就可实现各种复杂报文的发送，甚至实现网关转发报文的功能。

在硬件故障测试方面，通过在整车上发送某个零件的故障信号就可以模拟实现该零件的硬件故障，使零件自身和关联零件进入故障处理流程。再读取整车报文，观察整车情况就可分析得出整车处理故障过程是否符合设计要求，是否安全、可靠。通过模拟发送多个故障信号就可以组合单个零件的多个硬件故障或多个零件的硬件故障，从而在整车上全面的测试整车故障处理机制。由于是模拟发送报文，所以只要在测试前充分的了解零件的功能规范，就可以极大的避免零件的损坏，从而减少零件更换成本和更换时间。

对车辆安全影响较大的兼容性故障问题大部分在零件极端情况下出现。在兼容性故障测试中，与硬件故障测试类似，通过在整车上模拟发送大量零件极端状态信号，不断组合，就可以快速的发现一些明显的兼容性问题，至于一些不易发现的兼容性问题则需要发送大量的信号组合去发现。

4 CANoe接入整车的方式及优缺点

使用CANoe模拟发送报文进行整车级故障测试的前提是将CANoe硬件接入整车CAN网络，目前接入的方式可以分为并联式和串联式。

4.1 并联式接入方式及优缺点

并联式接入方式就是将CANoe作为车辆的一个CAN节点接入整车CAN网络。如图1所示。

使用这种方式接入整车网络操作简单，成本极低，且可以同时模拟发送任意数量网络节点的任意报文。由于诊断需求，车辆的诊断口一般都存在并联接入整车CAN网络的接口，使用诊断口将CANoe接入整车CAN网络就是简单的方式。

使用并联式接入时，由于CANoe是作为一个新的节点加入CAN网络，在模拟发送某个节点的信号时，由于原节点也存在，会存在如下问题：

（1）在整车CAN网络上存在两个报文ID一致但信号不一致报文，如图2所示。

图2中Tx是通过CANoe模拟发送的报文，Rx是CANoe接收到的报文，即原车的报文。由图2可以看出，模拟发送的报文是0x29E，Tx的周期是10ms，Rx的周期是100ms。Tx和Rx的ID是一致的，周期符合要求但报文内有一个信号不一致。

（2）无法识别模拟发送的信号，引起其他节点对应处理，如图3所示。

图3中，信号1为整车故障信号，存在“指示”和“不指示”两种状态，信号2为模拟发送的电池包温度传感器异常信号，存在“正常”和“异常”两种状态。依据某车型的控制策略，当信号2为“异常”时，信号1应变为“指示”。图3中，信号2已经由“正常”为“异常”，但信号1依旧为“不指示”。

（3）只有部分关联节点识别模拟发送的信号，进行对应处理，如图4所示。

图4中，信号3是整车故障信号，存在“指示”和“不指示”两种状态;信号4为驱动功率限制信号，存在“指示”和“不指示”两种状态;信号5曲线为模拟发送的母线电压状态信号，存在“过低”和“正常”两种状态。依据某车型的控制策略，当信号5为“过低”时，信号3应变为“指示”，信号4应同时变为“指示”。图4中，信号5已经为“过低”，信号4变为“指示”，但信号3依旧为“不指示”。

4.2 串联式接入方式及优缺点

串联接入方式就是将CANoe作为一个网关，串联入零件与整车网络之间。如图5所示。

使用这种方式接入CANoe，要求CANoe的一个通道接收零件的报文，一个通道接收整车报文，通过用CAPL语言编程，实现2个通道之间的报文互相通信。由于CANoe和CAPL語言的功能，测试时CANoe可以将整车的报文完全不变的转发给零件，而零件发送到整车的报文在经过CANoe转发时则可以根据需求更改某个报文中特定的信号。

使用串联式方式接入CANoe的优点是可以在最大程度接近整车实际状态下更改信号，使测试更加贴合实际情况，避免了部分并联式接入CANoe方式的缺点，测试结果更准确。但由图5也可以看出其缺点就是每一个网络节点都需要串联一个CANoe，否则无法模拟同时更改并发送不同零件的信号。所以，相对于并联式接入方式，串联式接入方式更复杂，成本更高。

5 总结

基于CANoe和CAPL语言实现模拟发送报文用于整车级故障测试是一种简单、高效和低成本的测试方式。目前只能够实现部分整车级故障测试，但随着未来电子技术的发展，使用模拟发送报文测试故障方式因其简单、高效、成本低等特点，将会随着各种类似CANoe的设备和类似CAPL的语言的出现实现越来越多的整车级故障测试，拥有更大的应用前景。

基金项目：广西创新驱动发展专项资金资助项目（桂科AA18242039）;柳州市科学研究与技术开发计划资助项目（2019AD10202）

参考文献：

[1]江鲁安.新能源汽车维修与故障诊断技术探究[J].内燃机与配件，2020（22）：137-138.

[2]陈成，杨芳.现代汽车故障诊断方法及其应用研究[J].内燃机与配件，2020（22）：165-166.