基于硬件在环的电动汽车整车控制器功能测试方法研究(3)

电机驱动控制系统是电动汽车车辆行驶中的主要执行机构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。因此，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。

动力电池是电动汽车的关键技术，决定了它的续航里程和成本。电动汽车动力电池的功能指标和经济指标包括：安全性、比能量、比功率、循环寿命、价格、能量转换效率。这些因素直接决定了电动车的可用性、经济性。可作为电动汽车蓄电池的有很多种，如铅酸、镍镉、镍氢、钠硫、锂离子及燃料电池等[10]。围绕蓄电池的快速充电技术也是研究热点。

控制系统的开发难度主要体现在三个方面：

1)诊断策略。电动汽车与燃油汽车差别很大，不同的机械结构和不同的控制系统面临的安全问题也不尽相同。电动汽车配有高压电池系统以及遍布整车功率电缆，使得安全管理系统面临很大的考验。

2)能量管理。电池续航里程一直是限制电动汽车大规模市场化的重要因素。因此在有限的电池容量下，通过高效的能量管理，最大化的利用电池能量显得尤为重要。通过对电动汽车进行能量管理，能够有效增加车辆续驶里程，延长电池使用寿命，降低电动汽车的使用成本[11]。

3)控制器软硬件开发。硬件设计难度体现在三个方面：1)高可靠性；2)硬件模块可配置；3)符合功能安全标准，尤其是功能安全是目前研究的热点。软件开发也是一个难点：1)符合AUTOSAR规范；2)多任务调度机制；3)软件模块可配置；4)软件可靠性。图1-3展示了控制器的开发需求和开发平台。

图1-3 控制器开发需求

1.3 控制器开发与硬件在环测试

1.3.1 控制器开发流程

整车控制器作为控制系统的重要部分，负责整车的能量管理、安全诊断、通信协调等功能。电动汽车整车控制器的开发遵循通用的的V-Cycle流程，如图1-4所示。

图1-4 V-Cycle

V模式开发流程主要有五个步骤：

（1）功能定义。根据功能定义设计硬件，并利用 MATLAB/Simulink或Cruise等软件搭建被控对象模型，利用Simulink或者ASCET开发控制器策略；控制策略与对象模型联合做模型在环(Model in the loop, MIL)仿真，验证策略。

（2）快速控制原型（RCP）。快速控制原型通过建立控制对象及控制器原型，进行多次离线及在线实验来验证控制系统软硬件方案的可行性。简单地说就是采用先进建模工具进行建模，并生成代码，用其他控制器（PC, compact PC, 单片机）临时替代将要开发的实际控制器，快速对控制算法进行验证与测试，在设计阶段发现并解决问题。

（3）生成产品代码。软件算法经过验证后，可以由软件工程师将算法转换为代码，但是随着技术的进步，目前ASCET、Targetlink等工具都支持自动生成产品级代码，同时还能生成ASAP2标定文件等。

（4）硬件在环仿真。控制器软硬件集成后，必须对其进行全面综合的测试，验证控制器是否符合功能需求。硬件在环是一种半实物的仿真系统，实时处理器运行被控对象模型并通过信号调理板卡与控制器连接，形成一个闭环回路。

（5）系统集成标定。控制器经过硬件在环仿真测试之后，需要与其他被控系统实物连接起来，完成调试标定工作[12]。

采用V模型开发流程不仅可以提高开发效率，还可以减少开发成本。半实物仿真减少了实车试验，并提前在实验室发现解决实车实验中的问题，节约了成本；另外相比实车实验，半实物仿真更加安全。

1.3.2 硬件在环HIL

软件测试可以分为白盒测试和黑盒测试。白盒测试也称结构测试，主要测试软件内部动作是否按照设计规格正常进行以及程序中的每条路径是否都能按预定要求正确工作，它要求测试人员对程序内部有足够的了解[13]。黑盒测试也称功能测试[13]，主要验证每个功能是否都已实现。测试过程中，软件被当做黑盒，检测程序是否能正确地接收输入数据并产生预期的输出信息。一般来说，白盒测试由开发人员来完成，主要是单元测试；黑盒测试则主要用于集成、系统、确认测试阶段[14]。

硬件在环仿真又称半实物仿真，就是把真实的控制器放在虚拟的环境中进行测试[15]，虚拟环境模拟控制对象的行为给控制器提供其工作所需信号，同时接收ECU发出的信号形成环路。硬件在环仿真被认为是一种快速、有效的方法，它可以[16]：

1) 验证软件功能。搭建接口模型，利用HIL设备输出信号验证底层软件功

能；搭建被控对象模型，构建虚拟环境可以全面验证控制器功能。

2) 诊断功能测试。HIL设备可以选配故障注入板卡，可以模拟传感器或者

负载的故障，从而验证控制器的诊断功能。

3) 参数标定。传统开发流程中需要进行大量实车或者台架试验完成标定工

作。现代的开发流程中，可以在硬件在环仿真阶段对大量的参数进行初

步标定，减少后期的标定工作。

本质上讲，硬件在环系统是实现控制器功能验证的一种有效测试环境，构建HIL环境可以采用如上所述的成熟工具。前面所说的硬件在环仿真测试就是基于硬件在环环境的控制器功能测试，根据硬件在环的原理和软件测试学科关于软件测试的分类，硬件在环测试属于黑盒测试。

1.4 硬件在环和测试方法研究现状

测试环境是实现测试方法的基础，针对测试环境构建的研究较多。目前较为成熟的商业化工具有dSPACE公司的Simulator、ETAS公司的Labcar、MathWorks的xPC Targert以及NI公司的各类板卡。此外，OPAL-RT、ADI、VECTOR、TESIS、AVL等公司也开发了不同的产品，支持 ECU硬件在环仿真测试。

硬件在环测试系统的开发上，国内发展比较晚。同济大学采用PCI总线以及WDM的驱动程序开发了实时测试系统，能够实现发动机电控单元硬件在环测试

[17]。上海交通大学将测试系统分成高速接口模块、仿真模型模块和监控模块，开发的仿真系统应用于PEV 动力总成控制器的设计开发和功能测试，提高了开发效率[18]。大连交通大学开发的测试系统，不仅能够模拟汽车传感器输出信号还能模拟汽车执行器的动作，通过这套仿真分析系统可以实现对发动机 ECU 的实时分析与测试[19]。

电动汽车硬件在环测试应用方面，田军辉等人采用XPC实现了电动汽车控制器内部和外部环境的监控，同时能够模拟整车控制器的实时运行环境，模型具有一定的适宜性和可配置型[20]。

高树健等人采用实时功率电子和驾驶工况模拟方法，构建的硬件在环平台能够模拟电动汽车驱动总成各种动态变化，可以检测故障信息和快速瞬变过程，实现了电动汽车闭环优化控制，提高了电动汽车性能和可靠性[21]。

田军辉、高树建、张恒[8]、Ren W[17]、位正[18]等人重点研究了硬件在环测试环境的构建。除了测试环境，测试方法对于测试质量、成本、效率至关重要，软件学科研究软件测试方法较多，整车控制器硬件在环测试可以借鉴软件学科成熟的测试方法，但是必须针对自身的特点加以改造。

戴姆勒公司和dSPACE公司采用分类树树方法，生成硬件在环测试用例，并通过发动机对象模型约束关系实现了测试用例精简，进一步优化测发动机测试过程[22]。檀革苗等人也利用分类树法分析软件对象可能的子系统功能以及输入，实现测试用例全空间的覆盖，采用对象约束关系软件CTE XL实现测试用例数目的降低，且不降低测试的覆盖程度[23]。

吉林大学叶子针对电动汽车系统功能需求，分别设计测试软件的系统 …… 此处隐藏：2825字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……