李石

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車輛盲區(qū)檢測系統(tǒng)硬件在環(huán)自動化測試研究

李石

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為了縮短車輛盲區(qū)檢測系統(tǒng)開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，文章采用NI的硬件架構(gòu)，以IPG為軟件平臺構(gòu)建了盲區(qū)檢測硬件在環(huán)自動化測試系統(tǒng)，全面介紹該自動化測試系統(tǒng)的組成以及工作原理。并在此基礎(chǔ)上提出了一種盲區(qū)檢測系統(tǒng)的硬件在環(huán)自動化測試方法，將車輛盲區(qū)檢測控制器接入到所構(gòu)建的自動化測試系統(tǒng)中，通過設(shè)計測試用例，編輯測試序列并執(zhí)行，最終生成詳細(xì)的測試報告完成對盲區(qū)檢測系統(tǒng)的自動化測試。最后，通過采用本文提出的自動化測試方法，發(fā)現(xiàn)了某款車型盲區(qū)檢測控制器的功能性問題，并且該自動化測試方法相較于傳統(tǒng)人工測試方法在測試周期以及成本等方面表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢。

盲區(qū)檢測系統(tǒng)；硬件在環(huán)；自動化測試；NI硬件平臺

引言

隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化、網(wǎng)聯(lián)化已成為各大OEM(Original Equipment Manufacturer，簡稱OEM)關(guān)注的熱點(diǎn)。盲區(qū)檢測系統(tǒng)[1]（Blind Spot Detection System，簡稱BSD）在高速換道、后方車輛超車過程中對減少交通事故發(fā)生起著關(guān)鍵作用，已成為車輛高級駕駛輔助系統(tǒng)中必不可少的部分。

目前各大整車廠均依據(jù)“V流程開發(fā)”[2]對高級駕駛輔助系統(tǒng)進(jìn)行正向開發(fā)。隨著整車電氣系統(tǒng)趨于復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工測試已經(jīng)無法滿足復(fù)雜的測試需求，硬件在環(huán)[3]（Hard -ware-in-loop，簡稱HIL）自動化測試系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。相對于傳統(tǒng)測試技術(shù)，硬件在環(huán)測試技術(shù)能夠模擬極限危險工況，復(fù)雜工況能夠快速復(fù)現(xiàn)，平臺可移植性強(qiáng)，準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點(diǎn)，在控制器研發(fā)初期對其功能進(jìn)行充分驗證，擺脫外圍器件的開發(fā)進(jìn)度對被測對象的影響，從而達(dá)到縮短開發(fā)周期，減小開發(fā)成本的效果。目前HIL測試技術(shù)在國外已經(jīng)大量運(yùn)用于汽車電子的測試之中，且普遍以NI的硬件系統(tǒng)為主，軟件部分利用不同的自動化測試軟件以及動力學(xué)仿真軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真測試；此類方法將場景仿真和自動化測試序列的搭建分離；國內(nèi)目前也有多家OEM關(guān)注并建立了自己的HIL測試實驗室并完成了相關(guān)的測試工作并取得了好的效果；但是截止目前為止，據(jù)筆者所了解，國內(nèi)還沒有OEM針對BSD系統(tǒng)做過HIL測試；本文根據(jù)已有的HIL測試技術(shù)，全新開發(fā)出基于NI的硬件，IPG為軟件平臺的一套全新的BSD HIL測試系統(tǒng)，將場景仿真和序列搭建融合在IPG一個軟件中實現(xiàn)，降低了成本，同時也達(dá)到了測試的目的。

1 BSD系統(tǒng)的工作原理

盲區(qū)檢測系統(tǒng)通過雷達(dá)傳感器來監(jiān)控本車側(cè)后方的區(qū)域，可以在一定范圍內(nèi)探測到鄰近車道上其它車輛的當(dāng)前位置、行駛速度、行駛方向。具體方法是：通過安裝在車輛后保險杠兩側(cè)的雷達(dá)發(fā)射毫米波和對回波進(jìn)行分析，對本車道和相鄰車道內(nèi)的車輛信息進(jìn)行探測。當(dāng)有車輛出現(xiàn)在雷達(dá)覆蓋區(qū)并滿足報警條件時，可通過CAN總線將報警信息發(fā)送給車輛其他電子部件，同時驅(qū)動指示燈和蜂鳴器進(jìn)行報警。

盲區(qū)檢測系統(tǒng)原理核心是雷達(dá)對被探測物體回波信號進(jìn)行分析處理，下面主要介紹該部分。

圖1 雷達(dá)目標(biāo)信息探測工作邏輯示意圖

如圖1所示，雷達(dá)向其覆蓋區(qū)域內(nèi)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波，當(dāng)遇到被測目標(biāo)時被反射回來，由接收天線進(jìn)行接收，送至射頻處理電路進(jìn)行處理，其輸出的中頻信號再由ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送至數(shù)字處理電路進(jìn)行兩次FFT（Fast Fourier trans -form，簡稱FFT）運(yùn)算得出目標(biāo)的距離和速度。其中雷達(dá)對距離、速度及角度的計算處理過程如下。

1.1 距離計算

通過對N個周期的回波信號分別作M點(diǎn)FFT運(yùn)算[4]，得到對應(yīng)目標(biāo)距離的差拍信號頻譜，經(jīng)過恒虛警率(Constant False Alarm Rate，簡稱CFAR)[5]處理，再根據(jù)譜峰值計算出中頻信息，即可計算出距離。

1.2 速度計算

完成距離變換后，再對同一距離單元內(nèi)不同周期的采樣點(diǎn)做M點(diǎn)FFT運(yùn)算，即MTD，求出多普勒頻率[6]f，再根據(jù)速度計算公式V=λf? 2（為波長），求出目標(biāo)速度。

1.3 角度計算

在距離頻率域，經(jīng)恒虛警CFAR處理之后，對兩組接收天線收到的信號進(jìn)行比相測角[7]，即可得出目標(biāo)的角度信息。

盲區(qū)檢測控制器是盲區(qū)檢測系統(tǒng)的控制單元，包括主、副雷達(dá)控制器，通過硬線的開關(guān)信號、雷達(dá)總線信號等傳感器信號輸入模塊，經(jīng)過控制器內(nèi)部處理，實現(xiàn)對車輛盲區(qū)范圍內(nèi)車輛報警功能。

本文基于盲區(qū)檢測系統(tǒng)工作原理及流程開發(fā)出針對盲區(qū)檢測系統(tǒng)硬件在環(huán)自動測試系統(tǒng)硬件架構(gòu)及測試方法。

2 BSD HIL測試系統(tǒng)原理及組成

2.1 BSD HIL系統(tǒng)測試原理

盲區(qū)檢測系統(tǒng)工作條件復(fù)雜，需要多輛車輛協(xié)助測試，而且存在一些危險的測試工況，如報警區(qū)域的測試，這些測試通過人工實車測試耗費(fèi)大量的人力物力成本，且重復(fù)工作較多，測試周期較長，效率低下。自動化測試通過仿真模型實現(xiàn)車輛的動力學(xué)[8]仿真，通過I/O模型[9]實現(xiàn)盲區(qū)檢測控制器與車輛進(jìn)行通訊，利用自動化測試軟件給控制器輸入并監(jiān)控其輸出，達(dá)到自動化測試的效果。

2.2 BSD HIL測試系統(tǒng)組成

如圖2所示，HIL測試系統(tǒng)[10]主要由試驗管理軟件、仿真模型、測試上位機(jī)以及硬件平臺組成；本系統(tǒng)基于NI的硬件平臺和試驗管理系統(tǒng)，上位機(jī)中利用IPG進(jìn)行場景仿真和自動化測試管理。

如圖3所示硬件結(jié)構(gòu)及信號流向圖，HIL測試系統(tǒng)主要由上位機(jī)、機(jī)柜、被測ECU三部分組成。其中，上位機(jī)運(yùn)行Veristand與IPG場景，其與下位機(jī)通過網(wǎng)口通信，上位機(jī)的IPG模型及MATLAB模型編譯后下載至下位機(jī)運(yùn)行，測試人員可以在該界面通過IPG軟件或者Veristand軟件控制車輛、搭建場景、讀取信號等。機(jī)柜由下位機(jī)、NI板卡、信號調(diào)理板卡及故障注入板卡、電源模塊等組成，下位機(jī)主要負(fù)責(zé)運(yùn)行動力學(xué)模型及IO模型，IO模型一方面與動力學(xué)模型通信，一方面與NI板卡通信，充當(dāng)NI板卡與CM_mdl之間通信的“媒介”，此外，機(jī)柜還有信號調(diào)理板卡、給ECU供電的程控電源以及給整個機(jī)柜供電的PDU模塊。盲區(qū)檢測控制器為被測試件，其通過EDAC接口與機(jī)柜相連；測試過程中通過IPG軟件進(jìn)行測試場景仿真，利用整個硬件平臺將車速、檔位等不同的輸入給到盲區(qū)檢測控制器，最后通過IPG對控制器的輸出進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的自動化測試。

圖2 HIL測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 HIL測試硬件結(jié)構(gòu)及信號流向圖

3 BSD HIL系統(tǒng)自動化測試方法

3.1 仿真模型搭建

仿真模型包括IO模型和車輛動力學(xué)模型，IO模型利用機(jī)柜的信號列表和整車DBC文件導(dǎo)入到Matlab中的IO模型生成器自動生成，車輛動力學(xué)用IPG自帶的動力學(xué)模型；由于HIL測試設(shè)備采用NI的硬件，IPG軟件并不能直接調(diào)用NI板卡各通道，因此需要通過Mapping的方式，關(guān)聯(lián)上NI板卡的通道。如圖4所示，虛線下方為模型部分，包含CM_mdl與IO_mdl兩個模塊，它們之間實時通信，其中Convert模塊是用于一些簡單的邏輯轉(zhuǎn)換（如單位換算等），IO_mdl內(nèi)部的信號通過Mapping的方式關(guān)聯(lián)NI板卡，CM_mdl內(nèi)部的信號通過Mapping的方式關(guān)聯(lián)IPG內(nèi)部信號，從而實現(xiàn)IPG軟件對NI硬件信號通道的調(diào)用與控制。

圖4 模型信號流向圖

3.2 IPG軟件自動化測試設(shè)計

為實現(xiàn)IPG的HIL測試，測試人員需要完成搭建TestRun及TestManager兩部分工作內(nèi)容。其中，TestRun包含執(zhí)行該測試用例的初始條件及操作步驟等所有信息，同時，一般在TestRun中，我們會采集某些變量的值，以便用于后續(xù)序列評價準(zhǔn)則的構(gòu)建。而TestManager的主要作用則是測試序列管理，在該部分可以實現(xiàn)測試序列評價，打印測試報告等。

本文以搭建一個目標(biāo)車輛超越本車測試用例為例，介紹搭建TestRun及TestManager的方法，測試用例描述如下：左彎道半徑250m，試驗車以72km/h速度行駛，目標(biāo)摩托車在試驗車左后方以82km/h速度靠近試驗車，目標(biāo)摩托車右側(cè)最外沿與試驗車中心線的距離為2m，目標(biāo)摩托車進(jìn)入試驗車盲區(qū)范圍內(nèi)，BSD報警，記錄開始報警時刻和結(jié)束報警時刻試驗車和摩托車的縱向距離。

3.2.1 TestRun搭建

圖6 目標(biāo)車參數(shù)配置

TestRun包括道路搭建、交通參與者參數(shù)配置、試驗車輛信息配置等步驟；道路搭建包括道路屬性預(yù)設(shè)、道路繪制、附屬物添加、路徑設(shè)置等，具體的效果如圖5所示；交通參與者的配置主要包括目標(biāo)車的初始位置、Route屬性設(shè)置以及行駛速度等，如果6所示；試驗車輛信息配置包括Label、End Condition、Duration(time/dist)、車輛縱向控制以及橫向控制和相關(guān)的操作指令，如圖7所示：

圖7 試驗車輛信息配置

3.2.2 測試序列管理搭建

測試序列管理包括Characteristics添加、Criteria添加、Diagram添加；對于該測試TestRun，BSD開始報警和結(jié)束報警時的距離是我們比較關(guān)注的參數(shù)，為了使得開始報警和結(jié)束報警時刻本車和目標(biāo)車之間的距離打印出來，我們需要添加一些Characteristics。圖8是添加的Characteris -tics，其主要利用實時表達(dá)式（RTexpr）腳本計算報警時刻和結(jié)束報警時刻的本車和目標(biāo)車之間的距離；為評價測試用例是否通過，需要通過Add添加評價準(zhǔn)則，如圖9所示。在上文所述的測試用例中，評價準(zhǔn)則報警時刻的BSD主狀態(tài)（SYSTEM_STATUS1）；對于測試報告而言，為了直觀的分析測試結(jié)果，需要添加圖表將一些變量的變化繪制出來便于后期分析，如圖10所示。

圖8 Characteristics添加

圖9 添加評價準(zhǔn)則

圖10 添加圖表

3.2.3 測試報告生成

在執(zhí)行完測試序列之后選擇生成測試報告，測試報告如圖11所示。

圖11 自動化測試報告

3.2.4 測試仿真示意圖

測試模型建好之后，可以打開Veristand軟件,實施讀取Carmaker軟件及UI界面，實施顯示測試效果及動畫，如圖12所示，圖中顯示紅色按鈕顯示目標(biāo)車進(jìn)入主車報警區(qū)域，UI界面發(fā)車報警信號。

圖12 仿真測試動畫示意圖

4 某型BSD 控制器測試結(jié)果及分析

通過自動化HIL測試發(fā)現(xiàn)了某款車型BSD控制器的功能性問題。如果對該款車型BSD控制器進(jìn)行手動測試一般需要一周時間，而自動化測試大概需要24小時，后期回歸測試一鍵測試，效率能夠提高5-7倍。

以下舉例說明，主車超越目標(biāo)車(相對速度差為15km/ h)，BSD功能不報警；（當(dāng)兩車相對速度＜13km/h時，BSD功能可以正常發(fā)出報警，當(dāng)兩車相對速度＞13km/h時，BSD功能不報警）。如圖13所示。

5 結(jié)論

本文闡述了一種盲區(qū)檢測系統(tǒng)的HIL自動化測試方法，包括盲區(qū)檢測系統(tǒng)的工作原理，BSD HIL系統(tǒng)的工作原理以及舉例說明了在IPG環(huán)境下的自動化測試詳細(xì)流程，HIL自動化測試方法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的人工測試，在測試周期、測試覆蓋度以及降低成本上具有顯著優(yōu)勢，有利于電氣功能在開發(fā)階段功能充分驗證，降低車輛電氣故障率。

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Study of Hardware-in-loop Automatic Testing System for Vehicle Blind SpotDetection System

Li Shi

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In order to shorten the development cycle of vehicle blind spot detection(BSD) system and reduce the develop -ment cost, a hardware-in-loop(HIL) automatic testing system for BSD system is developed in this paper based on the hardware architecture of NI and the IPG software platform. The composition and working principle of the automatic testing system are introduced.On this basis, a HIL automatic testing method for BSD system is proposed, andthe BSD controller is connected to the constructed automatic testing system. Through designing testing cases, editing testing sequences and execution the sequences,a detailed testing report is generated finally to complete the automatic testing for BSD system.Finally, by using the automated test method proposed in this paper, the functional problems of the BSD controller for a certain type of vehicle are founded, and the proposed BSD system HIL automatic testing method shows great advantages over the traditional manual testing method in terms of testing cycle and cost.

Blind Spot Detection (BSD) system; Hardware-in-Loop (HIL); Automated Testing; NI Hardware Platform

U467

A

1671-7988(2019)09-137-05

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1671-7988(2019)09-137-05

李石 (1978-)，男，碩士，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.045