基于硬件在環(huán)的電動(dòng)制動(dòng)助力器的自動(dòng)化測(cè)試

朱玙熹，崔海峰，劉超

(泛亞汽車技術(shù)中心，上海 201201)

0 引言

近年來(lái)汽車小排量化、電動(dòng)化發(fā)展已經(jīng)成為行業(yè)的主流方向，真空助力器的應(yīng)用逐步受限，電子制動(dòng)助力器應(yīng)運(yùn)而生，在代替?zhèn)鹘y(tǒng)真空助力器的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)、腳感可調(diào)等高級(jí)功能。電動(dòng)制動(dòng)助力新技術(shù)在整車的全新應(yīng)用，伴隨而來(lái)的是大量測(cè)試、調(diào)試工作。硬件在環(huán)試驗(yàn)可以快速驗(yàn)證控制器控制邏輯，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間和減少道路試驗(yàn)[1]。硬件在環(huán)測(cè)試的快速建立，則對(duì)電動(dòng)制動(dòng)助力器的快速開發(fā)、早期驗(yàn)證有巨大意義。

電動(dòng)制動(dòng)助力器代替?zhèn)鹘y(tǒng)真空制動(dòng)助力器，除了可以對(duì)標(biāo)傳統(tǒng)車輛的制動(dòng)踏板感外，對(duì)于電動(dòng)和混動(dòng)車輛，還需要通過(guò)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)過(guò)程中的踏板力補(bǔ)償，伴隨而來(lái)的還有產(chǎn)品功能和診斷通信等測(cè)試需求。以電動(dòng)制動(dòng)助力器在ABS工況下的踏板感覺為例，常規(guī)開發(fā)過(guò)程需要結(jié)合ABS、高低附路面、不同車速、再生制動(dòng)介入等因素進(jìn)行車輛數(shù)據(jù)采集，采集過(guò)程受限于環(huán)境、車況等外界因素，且耗費(fèi)較高人力物力，而HILs(Hardware in Loop Simulation)則可以通過(guò)模擬路面摩擦因數(shù)、車速注入、直線電機(jī)模擬人腳動(dòng)作等方式，編譯測(cè)試程序讓零件自動(dòng)化進(jìn)行各種工況下的測(cè)試，并生成可視化測(cè)試報(bào)告，且程序在不同項(xiàng)目中具有通用性。HILs自動(dòng)化測(cè)試在整車前期開發(fā)中扮演越來(lái)越重要的角色。

1 電動(dòng)制動(dòng)助力器的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

從汽車開發(fā)過(guò)程，HILs技術(shù)在電動(dòng)制動(dòng)助力器測(cè)試和虛擬開發(fā)中的應(yīng)用主要涉及：通信診斷、失效保護(hù)、功能安全、功能邏輯驗(yàn)證、腳感快速評(píng)估、基于VDA 360(Verband der Automobilindustrie 360)的制動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)等。測(cè)試系統(tǒng)由上位機(jī)、dSPACE仿真器、電動(dòng)制動(dòng)助力器、測(cè)試臺(tái)架、直線電機(jī)和其他在環(huán)硬件及輔助設(shè)備等6個(gè)部分構(gòu)成，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 電動(dòng)制動(dòng)助力器的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)原理

1.1 上位機(jī)

上位機(jī)用于車輛模型建立、測(cè)試案例建立、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果及進(jìn)行結(jié)果處理。

Carsim采用參數(shù)化的車輛模型數(shù)據(jù)庫(kù)，省去了用戶建立數(shù)學(xué)模型的一系列復(fù)雜過(guò)程，通過(guò)選擇車輛組件模塊和配置模塊參數(shù)，方便快速地建立完整的車輛動(dòng)力學(xué)模型，大大縮短開發(fā)時(shí)間[2-3]。

Carsim可與Matlab/Simulink軟件無(wú)縫連接，建立車輛動(dòng)力學(xué)模型的S函數(shù)，實(shí)現(xiàn)與車輛物理元件和dSPACE Controldesk之間數(shù)據(jù)和信號(hào)的實(shí)時(shí)交互，同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示車輛仿真運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

Controldesk和Matlab仿真模型互聯(lián)，則可對(duì)模型狀態(tài)進(jìn)行可視化實(shí)時(shí)控制，并實(shí)時(shí)查看測(cè)試臺(tái)架狀態(tài)。

FIU軟件可進(jìn)行各通信和電氣接口的短路、斷路和開路等模擬，以及干擾信號(hào)注入，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)制動(dòng)助力器的故障診斷測(cè)試功能。

Automotion Desk、Matlab以及Synect互聯(lián)，可以調(diào)用相關(guān)模型參數(shù)并編譯自動(dòng)化注入測(cè)試案例生成可視化測(cè)試報(bào)告。

1.2 dSPACE仿真器

仿真器包含主處理器、數(shù)據(jù)采集卡，配合CAN通信卡可擴(kuò)展至4路CAN通信，在實(shí)際使用中可通過(guò)結(jié)合主處理器和數(shù)采卡實(shí)現(xiàn)雙硬件在環(huán)，同時(shí)還可對(duì)在環(huán)硬件真實(shí)信號(hào)進(jìn)行攔截，從而在不改動(dòng)臺(tái)架的前提下可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)對(duì)零部件或?qū)φ麄€(gè)在環(huán)制動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

BOB (Breakout Box，通信盒) 則將相關(guān)硬線I/O引出，配合故障注入模塊，則可通過(guò)上位機(jī)對(duì)電子電器輸入輸出電信息進(jìn)行修改，從而進(jìn)行電氣故障注入或控制。

1.3 測(cè)試臺(tái)架

測(cè)試臺(tái)架包括被測(cè)對(duì)象電動(dòng)制動(dòng)助力器、制動(dòng)控制模塊、常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向模擬器、相關(guān)測(cè)試傳感器和電子加速踏板，各部分均采用通用夾具安裝，基于通用的軟硬件接口定義，使得測(cè)試臺(tái)架具有通用性。

電動(dòng)制動(dòng)助力器主缸兩出液口和輪缸4個(gè)進(jìn)液口安裝6個(gè)壓力傳感器，轉(zhuǎn)向模擬器配備轉(zhuǎn)角傳感器，傳感器信號(hào)發(fā)送到仿真模型中，結(jié)合在環(huán)硬件的總線信號(hào)，形成閉環(huán)控制回路。

測(cè)試臺(tái)架硬件反饋信號(hào)，結(jié)合仿真器閉環(huán)回路控制和Carsim動(dòng)態(tài)模型，再加上模擬傳感器、電子加速踏板、真實(shí)電動(dòng)制動(dòng)助力器零部件，使得測(cè)試系統(tǒng)可以提供模擬路面駕駛仿真測(cè)試。

測(cè)試臺(tái)架裝有外部診斷端口，可以支持外接設(shè)備診斷及監(jiān)控。

1.4 直線電機(jī)

直線電機(jī)支持位置控制、速度控制、推力控制，可以排除人為因素，精準(zhǔn)控制變量，使得測(cè)試具有可重復(fù)性、變量可控性。通過(guò)直線電機(jī)控制，可以模擬任意駕駛員制動(dòng)行為，通過(guò)整車仿真模型可以讀取測(cè)試案例下的踏板力F以及所建立的制動(dòng)系統(tǒng)壓力p，結(jié)合車輛模型輸出的制動(dòng)減速度a以及電動(dòng)制動(dòng)助力器發(fā)送的推桿行程，可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)踏板感的測(cè)試，如圖2所示。

圖2 電動(dòng)制動(dòng)助力器踏板感測(cè)試

2 電動(dòng)制動(dòng)助力器仿真測(cè)試

2.1 故障注入仿真測(cè)試

圖3為人機(jī)交互控制面板，圖4為助力器狀態(tài)位總線監(jiān)控界面圖。

圖3 人機(jī)交互控制面板

圖4 助力器狀態(tài)位總線監(jiān)控

利用FIU(Failure Inject Unit)故障注入功能，測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)電動(dòng)制動(dòng)助力器的輸入輸出根據(jù)需求進(jìn)行可控調(diào)節(jié)，從而進(jìn)行特定故障模擬，進(jìn)而快速?gòu)?fù)現(xiàn)實(shí)車問(wèn)題、研究產(chǎn)品潛在失效或測(cè)試產(chǎn)品是否符合設(shè)計(jì)要求，在整車開發(fā)全周期中發(fā)揮著重要作用。

本測(cè)試系統(tǒng)可攔截并修改總線信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)級(jí)別的故障注入測(cè)試；也可以通過(guò)dSPACE仿真器將硬線I/O作為變量引入置Matlab模型中，通過(guò)Matlab與Control Desk對(duì)接，通過(guò)可視化控制面板對(duì)硬線I/O進(jìn)行控制。

示例測(cè)試為針對(duì)電動(dòng)制動(dòng)助力器進(jìn)行踏板行程傳感器故障注入測(cè)試，將踏板行程傳感器。圖3為控制面板，圖4為電動(dòng)制動(dòng)助力器工作狀態(tài)監(jiān)控界面圖，狀態(tài)位值3為制動(dòng)助力器處于無(wú)助力模式。在圖3 Control Desk人機(jī)交互控制面板中通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)硬件供電電壓，通過(guò)監(jiān)控總線零件狀態(tài)標(biāo)志位，進(jìn)而研究零件對(duì)高低電壓的響應(yīng)情況。

2.2 自動(dòng)化故障注入仿真測(cè)試

基于第2.1節(jié)的測(cè)試，本測(cè)試主要進(jìn)行電壓變化的自動(dòng)化故障注入。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)修改Matlab模型、FIU軟件、Automation Desk基礎(chǔ)程序及SYNECT編譯，聯(lián)合實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)化測(cè)試腳本編寫及運(yùn)行，并生成可視化測(cè)試報(bào)告。圖5為Automation Desk基礎(chǔ)程序，圖6為SYNECT輸入腳本。將電壓變量加入Matlab，并在Automation Desk加入測(cè)試所需的基礎(chǔ)程序包，在SYNECT輸入腳本引用Automation Desk基礎(chǔ)程序，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的故障注入操作，通過(guò)控制等待時(shí)間、先后邏輯、條件邏輯等進(jìn)行復(fù)雜連續(xù)高速變化的自動(dòng)化故障注入測(cè)試，可高效穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)人工無(wú)法做到的失效工況。通過(guò)條件邏輯實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的自動(dòng)化識(shí)別，進(jìn)而體現(xiàn)在可視化測(cè)試報(bào)告中。

圖5 Automation Desk基礎(chǔ)程序

圖6 SYNECT輸入腳本

圖7為總線監(jiān)控結(jié)果，圖中通過(guò)設(shè)備持續(xù)讀取模塊內(nèi)部電壓，并和輸入電壓進(jìn)行對(duì)比，防止因?qū)嶋H電壓和控制電壓產(chǎn)生偏差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，錄取總線狀態(tài)標(biāo)志位，從而監(jiān)控狀態(tài)位變化。

圖7 總線監(jiān)控結(jié)果

圖8為部分可視化自動(dòng)化故障注入測(cè)試報(bào)告，內(nèi)含故障注入內(nèi)容、時(shí)間及測(cè)試結(jié)果等內(nèi)容。

圖8 測(cè)試報(bào)告結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著新能源車輛和智能駕駛車輛的普及，電動(dòng)制動(dòng)助力系統(tǒng)電動(dòng)化和智能化將成為必然趨勢(shì)，由此會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)新技術(shù)、新功能開發(fā)和應(yīng)用測(cè)試需求。硬件在環(huán)測(cè)試方法可便捷地實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試和故障診斷。同時(shí)，為提升開發(fā)效率，自動(dòng)化測(cè)試則是下一個(gè)發(fā)展方向。創(chuàng)建及積累自動(dòng)化硬件在環(huán)測(cè)試案例，可以一鍵進(jìn)行零部件及子系統(tǒng)電動(dòng)制動(dòng)控制新技術(shù)測(cè)試，提高功能開發(fā)和集成效率，縮短開發(fā)周期。該測(cè)試系統(tǒng)還可與其他電控系統(tǒng)硬件臺(tái)架進(jìn)行聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)復(fù)合硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試，為未來(lái)整車電控系統(tǒng)集成控制、開發(fā)打下基礎(chǔ)。