基于硬件在環(huán)的EMS自動(dòng)化測(cè)試研究與應(yīng)用

燕冬，王愛(ài)春，劉貴濤，劉衛(wèi)東，吳方義，彭晨若，萬(wàn)麗琴

（江鈴汽車(chē)股份有限公司，江西南昌 330001）

基于硬件在環(huán)的EMS自動(dòng)化測(cè)試研究與應(yīng)用

燕冬，王愛(ài)春，劉貴濤，劉衛(wèi)東，吳方義，彭晨若，萬(wàn)麗琴

（江鈴汽車(chē)股份有限公司，江西南昌 330001）

介紹一種基于dSPACE平臺(tái)的EMS硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的解決方案，基于Matlab／Simulink建立了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的本體模型，借助dSPACE的機(jī)柜和測(cè)試控制軟件搭建EMS的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的開(kāi)、閉環(huán)調(diào)試，并以一條測(cè)試用例為例，詳細(xì)介紹硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試流程和測(cè)試方法。

硬件在環(huán)；發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊；自動(dòng)化測(cè)試

發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊EMS的開(kāi)發(fā)，是整個(gè)汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期中比較復(fù)雜且重要的一部分。近年來(lái)，市場(chǎng)車(chē)型的更新?lián)Q代加快，促使各整車(chē)企業(yè)加快了對(duì)EMS的開(kāi)發(fā)和測(cè)試。硬件在環(huán)（Hardware-In-The-Loop，簡(jiǎn)稱(chēng)HIL）測(cè)試作為一種新型的開(kāi)發(fā)測(cè)試手段，其精確、快速、高效和費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊開(kāi)發(fā)的提高具有極大的促進(jìn)作用［1-2］。目前，HIL測(cè)試廣泛應(yīng)用于國(guó)外EMS的開(kāi)發(fā)測(cè)試。在國(guó)內(nèi)，只有少數(shù)整車(chē)企業(yè)和大學(xué)開(kāi)展了一些關(guān)于EMS硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)搭建的研究［3-5］。本文基于HIL測(cè)試在一款在研車(chē)型EMS開(kāi)發(fā)測(cè)試中的應(yīng)用，介紹EMS的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的搭建和測(cè)試的建立。

1 EMS硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)介紹

EMS硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)模型、機(jī)柜以及上位機(jī)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)本體模型是基于Simulink的ASM模型；機(jī)柜主要由DS1006實(shí)時(shí)處理板卡和部分真實(shí)負(fù)載等組成；上位機(jī)是由dSPACE公司開(kāi)發(fā)的軟件包組成。

2 EMS硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)搭建

2.1發(fā)動(dòng)機(jī)本體模型

硬件在環(huán)的思路，就是把真實(shí)的控制器放在虛擬的被控對(duì)象中進(jìn)行測(cè)試。被控對(duì)象的模擬精度直接影響到了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立，是整個(gè)硬件在環(huán)測(cè)試的核心之一。本文所介紹的發(fā)動(dòng)機(jī)模型是基于韋伯燃燒的汽油機(jī)缸內(nèi)ASM模型。該模型精度可達(dá)到μs級(jí)，可計(jì)算每次燃燒釋放的轉(zhuǎn)矩。同時(shí)可以滿足實(shí)時(shí)仿真的要求，能保證HIL測(cè)試的精確度。圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)物理模型示意圖。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)物理模型示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)模型主要包括進(jìn)排氣模型、燃油模型以及燃燒模型，發(fā)動(dòng)機(jī)模型主要根據(jù)質(zhì)量守恒、能量守恒以及理想氣體公式來(lái)數(shù)學(xué)建模。

1）進(jìn)排氣模型通過(guò)理想氣體公式PV=MRT來(lái)建立進(jìn)排氣的模型。進(jìn)排氣物理模型示意圖見(jiàn)圖2，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

圖2 進(jìn)排氣物理模型示意圖

2）燃油模型根據(jù)質(zhì)量守恒定律來(lái)建立燃油的模型。燃油系統(tǒng)物理模型示意圖見(jiàn)圖3，計(jì)算公式見(jiàn)式（2）。

圖3 燃油系統(tǒng)物理模型示意圖

3）燃燒模型本項(xiàng)目燃燒模型使用的是基于韋伯燃燒的熱學(xué)模型。仿真計(jì)算每一次燃燒產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。燃燒室物理模型示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 燃燒室物理模型示意圖

理想氣體公式如下

質(zhì)量守恒公式如下

能量守恒公式如下

根據(jù)以上數(shù)學(xué)公式搭建的發(fā)動(dòng)機(jī)Simulink模型如圖5所示。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)Simulink模型

圖6 EMS HIL測(cè)試機(jī)柜

2.2EMS測(cè)試平臺(tái)軟硬件搭建

根據(jù)EMS電路接口圖來(lái)配置IO板卡、相關(guān)傳感器的信號(hào)調(diào)理板卡和故障注入板卡等機(jī)柜硬件，如圖6所示。資源配置時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮資源冗余。

本項(xiàng)目所使用的機(jī)柜配置有DS1006處理板卡1塊，DS2211／2202 IO板卡2塊，DS291故障注入板卡14塊，DS5390大電流故障注入板卡1塊，DS223信號(hào)調(diào)理板卡2塊，CAN卡和LIN卡各1塊。如圖6所示，整個(gè)機(jī)柜從上至下包括電源開(kāi)關(guān)、程控電源、FIU板卡、BOB盒、真實(shí)負(fù)載箱、處理器PX盒等。

控制機(jī)柜的上位機(jī)軟件是由德國(guó)dSPACE公司開(kāi)發(fā)的商業(yè)軟件包。項(xiàng)目中主要使用Control Desk和Automation Desk來(lái)執(zhí)行自動(dòng)化測(cè)試。

1）Control Desk加載模型經(jīng)過(guò)編譯后的sdf數(shù)據(jù)庫(kù)。將所有數(shù)據(jù)圖形化，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)控制和測(cè)量，如圖7所示。

圖7 ControlDesk操作界面

2）AutomationDesk圖形化的自動(dòng)化測(cè)試序列編寫(xiě)軟件。調(diào)用ControlDesk的數(shù)據(jù)控件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的設(shè)定，并且采集記錄該數(shù)據(jù)生成測(cè)試報(bào)告。

3 EMS硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用

圖8 測(cè)試序列

以EMS的HIL自動(dòng)化測(cè)試為例，介紹整個(gè)自動(dòng)化測(cè)試流程。

1）測(cè)試用例根據(jù)EMS的功能規(guī)范，編寫(xiě)功能點(diǎn)的測(cè)試用例。本文以冷卻液溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速穩(wěn)定性的影響為測(cè)試用例。將冷卻液溫度設(shè)置為-30℃，每30s增加1℃，直到0℃。觀察發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的穩(wěn)定性。目標(biāo)結(jié)果是怠速應(yīng)該穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

2）測(cè)試腳本通過(guò)Automation Desk軟件可圖形化編寫(xiě)測(cè)試腳本，如圖8所示。

3）測(cè)試結(jié)果分析評(píng)價(jià)AUD可以采集所有數(shù)據(jù)并生成表格供測(cè)試結(jié)果分析，如圖9和圖10所示。測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)可以通過(guò)AutomationDesk自身提供的模塊庫(kù)來(lái)判斷測(cè)試結(jié)果，也可通過(guò)編寫(xiě)Python語(yǔ)言來(lái)判斷測(cè)試結(jié)果。本文測(cè)試用例就是利用Python語(yǔ)言來(lái)判斷測(cè)試結(jié)果是否通過(guò)。

圖9 冷卻液溫度曲線

圖10 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速曲線

從圖9、圖10可看出，隨著冷卻液溫度穩(wěn)定上升，怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定地下降。符合測(cè)試的預(yù)期結(jié)果。

4 總結(jié)

HIL測(cè)試的經(jīng)濟(jì)、高效、安全等特性，使得該測(cè)試系統(tǒng)已成為發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊功能診斷、通信測(cè)試的主流測(cè)試方法。本文通過(guò)測(cè)試平臺(tái)的搭建及應(yīng)用，介紹HIL測(cè)試在EMS開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。說(shuō)明HIL測(cè)試可縮短EMS的研發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，是快速開(kāi)發(fā)EMS的有效途徑。

［1］劉衛(wèi)東，王愛(ài)春，吳方義，等.車(chē)身控制模塊硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)搭建及測(cè)試應(yīng)用［J］.汽車(chē)電器，2015（12）：50-53.

［2］吳方義，劉衛(wèi)東，王愛(ài)春，等.基于硬件在環(huán)的車(chē)身電子穩(wěn)定系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試研究［J］.汽車(chē)電器，2016（1）：48-50.

［3］田真，黃小楓，李志成，等.整車(chē)控制器硬件在環(huán)測(cè)試流程及測(cè)試用例庫(kù)設(shè)計(jì)［J］.汽車(chē)工程學(xué)報(bào)，2014（3）：207-212.

［4］黃永逸，馬增輝，鄭韓麟，等.汽油機(jī)ECU HIL自動(dòng)化測(cè)試的實(shí)現(xiàn)［C］／／中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì).2014中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014（4）：62-65.

［5］吳超，李玲，張燕.Python腳本在整車(chē)控制系統(tǒng)HIL測(cè)試中的應(yīng)用［J］.上海汽車(chē)，2012（2）：37-40.

（編輯 心翔）

Research and Application of Automatic Testing EMS based on Hardware-In-The-Loop Simulation Technique

YAN Dong，WANG Ai-chun，LIU Gui-tao，LIU Wei-dong，WU Fang-yi，PENG Chen-ruo，WAN Li-qin
（Jiangling Motors Co.，Ltd.，Nanchang 330001，China）

This article describes a solution of automatic testing system for EMS based on Hardware-In-The-Loop（HIL）of dSPACE.A mode is built to simulate the engine based on Matlab／Simulink，and the EMS HIL test platform is setup using the dSPACE cable and the relative software.The open-loop and closed-loop validation is performed，and a test case is taken as example to introduce automatic testing process and EMS HIL testing solutions.

Hardware-In-The-Loop；Engine Manage System；automatic testing

U463.61

：A

1003－8639（2016）12－0057－04

2016-04-20

燕冬（1987-），男，工程師，主要從事汽車(chē)電控單元開(kāi)發(fā)與自動(dòng)化測(cè)試工作。