引言

隨著可利用的電子控制功能數(shù)量的不斷增加，電子產(chǎn)品在整個(gè)車輛中的比重也在逐步上升。我們都期待每一代新車能夠更加舒適、安全和可靠。這種增加的復(fù)雜程度不僅關(guān)系到開發(fā)問題，更關(guān)系到測試與驗(yàn)證。MBtech集團(tuán)以頂棚控制模塊為例，向我們展示了汽車電子控制單元的自動(dòng)測試案例。

現(xiàn)代車輛中的頂棚控制模塊（RCM）是一個(gè)富于挑戰(zhàn)的實(shí)際案例。高水平的功能成熟度是RCM開發(fā)過程中的關(guān)鍵目標(biāo)，而功能成熟度只能通過測試進(jìn)行確定和驗(yàn)證。

RCM主要實(shí)現(xiàn)的基本功能包括：多功能調(diào)光光源（基本照明、閱讀燈、環(huán)境照明等）、天窗應(yīng)急控制（如防撞預(yù)警）、溫度傳感器數(shù)據(jù)評估、雨水傳感器信號評估、后視鏡自動(dòng)調(diào)節(jié)和車廂內(nèi)部監(jiān)視等。

為獲取ECU目前成熟度水平和識別臨界區(qū)域，在整個(gè)開發(fā)過程中，綜合測試是必不可少的。持續(xù)地進(jìn)行測試，可對ECU功能的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行可靠檢測，并在開發(fā)早期將其排除。結(jié)合現(xiàn)有資源（時(shí)間、預(yù)算和人力），根據(jù)需測試的功能，確定測試項(xiàng)目的要求和范圍。每個(gè)測試項(xiàng)目由方法、設(shè)備與運(yùn)作三個(gè)方面構(gòu)成（見圖1）。

圖1  測試項(xiàng)目涉及的三個(gè)方面

為了給特定的受測系統(tǒng)確定理想的測試方法，在本案例中，RCM的測試要求必須包括各個(gè)方面。下面重點(diǎn)討論設(shè)備方面的要求：測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)要求

為了提供其功能特性，RCM必須產(chǎn)生并處理眾多不同的信號。同樣，RCM測試系統(tǒng)還需做出執(zhí)行反應(yīng)。數(shù)據(jù)通訊一般包括標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)信號。標(biāo)準(zhǔn)信號的種類包括數(shù)字信號（如按鈕）、各種頻率的PWM信號（如調(diào)光、電機(jī)控制）和各種模擬信號（從LED到聯(lián)鎖電機(jī)）。另外，非標(biāo)準(zhǔn)信號，如與外部傳感器的專用通信協(xié)議，也需考慮在內(nèi)。

有些功能（如防撞預(yù)警）需要ECU評估被控執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電機(jī)）和傳感器（電流、位置傳感器）的相互作用。這些相互作用必須在測試系統(tǒng)上進(jìn)行模擬。因此，對測試系統(tǒng)需要相應(yīng)設(shè)計(jì)和充分配置。

通過CAN和LIN接口，RCM與車輛的其他部件進(jìn)行通訊。在裝有有源傳感器的情況下，ECU可用作網(wǎng)關(guān)。例如，通過CAN接口將雨水傳感器數(shù)據(jù)從接入的LIN接口傳送到所連接的其他ECU上。這些接口的執(zhí)行，需要多重網(wǎng)絡(luò)的特定測試：驗(yàn)證通信參數(shù)（身份、循環(huán)時(shí)間等）和類似于網(wǎng)絡(luò)管理的交叉功能。對于需要多個(gè)ECU來共同完成的一些功能（如雨水襲來時(shí)的天窗關(guān)閉），這種測試顯得尤為重要。這些功能不僅需要對單個(gè)ECU進(jìn)行測試，并且需要對所有相關(guān)的ECU進(jìn)行綜合測試。

盡管RCM的測試與許多其他車載ECU的測試相類似，RCM的測試系統(tǒng)還必須滿足某些另外的特定要求。各種功能的組合、多種變量（在本案例中，單個(gè)模塊線路中需要5個(gè)變量）、功能參數(shù)和軟件發(fā)布（為20種軟件發(fā)布運(yùn)行HiL綜合測試是很常見的）要求進(jìn)行大量的測試。本案例中，僅綜合測試就需要540種測試腳本，一個(gè)完整的測試需要進(jìn)行75h（純測試時(shí)間）。

因此， RCM測試是一個(gè)復(fù)雜而耗時(shí)的工作，不是靠手工測試能夠完成的，也不是開發(fā)過程中的一項(xiàng)附屬工作。要取得成功，關(guān)鍵在于需要全面的測試和開發(fā)流程，同時(shí)利用所有的自動(dòng)測試技術(shù)。

測試設(shè)備設(shè)計(jì)

有效的測試取決于詳盡的計(jì)劃和健全的規(guī)范。測試設(shè)備的設(shè)計(jì)取決于所定義的測試案例，包括其他因素。在RCM案例中，防撞預(yù)警功能的測試強(qiáng)化了對測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特定要求。當(dāng)然，最終設(shè)計(jì)不僅取決于技術(shù)，而且還取決于項(xiàng)目成本和期限等因素。

測試自動(dòng)化有多種不同技術(shù)。下面按增加的成本和復(fù)雜性進(jìn)行介紹，它們是：

1.  自動(dòng)測試臺(tái)架

自動(dòng)測試臺(tái)架通常利用已有的硬件資源。在本案例中，可以是天窗，并包含有電機(jī)和ECU。由一個(gè)自動(dòng)化元件提供簡便操作和對特定變量（電流、電壓和CAN信號）的監(jiān)測。

2. 開環(huán)測試臺(tái)架

開環(huán)測試臺(tái)架不采用實(shí)際硬件，而是利用定制設(shè)計(jì)的電路來模擬零部件。信號激勵(lì)和測量完全由自動(dòng)化元件來控制。這意味著對當(dāng)前任何系統(tǒng)的任何反饋不能進(jìn)行模擬。

3. 硬件在環(huán)系統(tǒng)

硬件在環(huán)（HiL）系統(tǒng)利用整合的實(shí)時(shí)模型，能模擬ECU的整個(gè)環(huán)境。

在實(shí)踐中，所述系統(tǒng)之間的區(qū)分并不清晰?？梢园l(fā)現(xiàn)，在這些技術(shù)的描述中都有“硬件在環(huán)”。

RCM特性：防撞預(yù)警功能

防撞預(yù)警功能通過監(jiān)測汽車天窗關(guān)閉時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速得以實(shí)現(xiàn)，而監(jiān)測又是通過1～2個(gè)霍耳傳感器實(shí)現(xiàn)的。作為一項(xiàng)附加安全特性，電機(jī)使用的電力受到監(jiān)測，并同時(shí)評估，因?yàn)殡娏εc所產(chǎn)生的扭矩成正比。具有魯棒性的碰撞識別會(huì)受到很多種外部干擾的影響，比如在最終關(guān)閉階段，天窗被推入一個(gè)橡膠密封件中，所測扭矩和轉(zhuǎn)數(shù)的級數(shù)和實(shí)際發(fā)生碰撞時(shí)的情景非常相像，通常僅在知道了天窗位置時(shí)方可區(qū)別開來（見圖2）。

圖2  頂棚控制模塊的自動(dòng)測試用硬件在環(huán)設(shè)置

外部干擾，如雨、雪或者灰塵，也可對天窗摩擦和克服這種摩擦需要的力產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。這還可干擾測得的扭矩和轉(zhuǎn)數(shù)，從而進(jìn)一步影響對碰撞的精確識別。為了對RCM進(jìn)行有意義的測試，測試系統(tǒng)需要對這些力進(jìn)行建模。公差范圍和需測試的外部干擾使天窗的物理硬件不再適用。這不但需要制作仿真模型，而且還要為對問題的動(dòng)態(tài)和相互依賴特性進(jìn)行實(shí)時(shí)的仿真。因此，硬件在環(huán)是此案例中優(yōu)先采用的技術(shù)。

方法

要替代電機(jī)和頂棚機(jī)械部分，需要一個(gè)能覆蓋以下兩個(gè)方面的仿真模型：電機(jī)可由永勵(lì)直流電機(jī)模型來進(jìn)行模擬，所需的參數(shù)，即機(jī)器常量，可通過對實(shí)際電機(jī)進(jìn)行測量來獲取；機(jī)械系統(tǒng)通過一個(gè)簡化模型進(jìn)行模擬，該模型載加了參數(shù)化的位置電流和變量。在多種環(huán)境條件下，包括實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測試，對實(shí)際天窗以及天窗反應(yīng)作大范圍測量（見圖3）。

圖3  硬件在環(huán)設(shè)置示意圖

在本RCM實(shí)例中，被測裝置（DUT）通過一個(gè)輸入/輸出硬件和信號調(diào)節(jié)（包括負(fù)載和故障模擬）連接到環(huán)境模型上。環(huán)境模型（包括CAN和LIN總線仿真）以1ms的循環(huán)時(shí)間在實(shí)時(shí)硬件上計(jì)算出來。電氣故障仿真能對各種故障狀況進(jìn)行測試，如與控制單元各界面引腳相連的電纜連接中斷或者灰塵積累造成阻力。診斷界面將所有診斷功能集成到測試中。

MBtech集團(tuán)提供的方法本著實(shí)現(xiàn)盡可能最大靈活度的硬件，使客戶能采用多家供貨商的標(biāo)準(zhǔn)元件。這樣，可最大程度地滿足客戶的特定需要，從小型開環(huán)測試系統(tǒng)到高度復(fù)雜的集成測試系統(tǒng)。但關(guān)鍵是，各硬件平臺(tái)是受經(jīng)協(xié)調(diào)的平臺(tái)獨(dú)立的軟件模塊控制的。為此，MBtech集團(tuán)開發(fā)出了一個(gè)獨(dú)特的模塊化的PROVEtech工具套件。它提供靈活的界面，可結(jié)合本例中必需的客戶所規(guī)定的開發(fā)項(xiàng)目。PROVEtech：TA應(yīng)用程序?yàn)殚_發(fā)和運(yùn)行測試程序，收集和管理測試結(jié)果以及仿真控制提供了標(biāo)準(zhǔn)化的圖形用戶界面。

PROVEtech：TA由數(shù)個(gè)功能模塊構(gòu)成，控制臺(tái)對模型仿真的所有信號狀況進(jìn)行再現(xiàn)和處理?？刂茊卧妮斎胄盘柨芍苯佣x，并通過一組用戶友好的小窗口作反應(yīng)監(jiān)測，可采用診斷模塊進(jìn)行手工診斷工作，電氣故障模擬也可通過集成前端來進(jìn)行。

盡管如此，可靠且可重復(fù)的測試只能通過測試自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)。測試管理器結(jié)合了所有需要的功能：包括用Basic語言（包括調(diào)試、句法檢查、版本控制等），在一個(gè)完整的集成開發(fā)環(huán)境中開發(fā)測試腳本，以及單個(gè)與系統(tǒng)測試的執(zhí)行。測試結(jié)果（包括自動(dòng)產(chǎn)生的日志和所有測得的數(shù)據(jù)）都能追溯到，并同時(shí)存儲(chǔ)在實(shí)際測試運(yùn)行中。加上測試腳本和測試協(xié)議，所有的信息均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，以便于對測試運(yùn)行和當(dāng)前成熟水平作后續(xù)評估；另外，PROVEtech：TA還提供一個(gè)附加的命令庫，用于極端實(shí)時(shí)要求的測試。它能使測試腳本直接在實(shí)時(shí)硬件上運(yùn)行，作實(shí)際的定時(shí)分析，并作同步檢查。

運(yùn)行實(shí)施

開發(fā)高質(zhì)量ECU來自于所有相關(guān)合作方的持續(xù)合作。頂棚控制模塊經(jīng)歷了多個(gè)開發(fā)階段，成熟性狀態(tài)，因此感興趣的各團(tuán)隊(duì)需作相互協(xié)調(diào)，甚至是跨越多家公司之間的協(xié)調(diào)。

貫穿整個(gè)測試過程及元件的成熟度來實(shí)現(xiàn)透明度，需要有高度紀(jì)律，以避免多余的測試和測試間隙。必須實(shí)施包括從模型產(chǎn)生到車輛集成的所有步驟的一致的測試管理。這有助于查找各測試策略，便于相關(guān)人員制定測試計(jì)劃，加強(qiáng)測試過程中所有步驟的文件歸檔的一致性（見圖4）。文件歸檔包括測試概況（即所謂的測試矩陣）、測試規(guī)范和最新的問題跟蹤。MBtech集團(tuán)為客戶實(shí)施開發(fā)以外的測試流程提供支持。接口為初始的需求文檔（規(guī)范）和最終檢測到的異常清單。功能開發(fā)小組在集中精力于其核心職責(zé)時(shí)，還可把測試作為一項(xiàng)獨(dú)特的服務(wù)進(jìn)行提供。

圖4 車輛集成之外的從建模階段開始的一致測試管理

在對一個(gè)專用的測試系統(tǒng)進(jìn)行測試編程前，必須與RCM功能開發(fā)人員一起對RCM測試用例進(jìn)行協(xié)調(diào)并作評估。制定測試的過程使測試編程更加有效，也避免了因?qū)y試規(guī)范及其相應(yīng)的測試程序作修改而造成的不必要的重復(fù)勞動(dòng)。

對適用于特定測試用例的測試設(shè)備的選用和配置應(yīng)在基于測試策略的計(jì)劃階段完成（即“工具跟隨過程”）。測試在自動(dòng)測試系統(tǒng)上編程、實(shí)施和執(zhí)行。在本案例中，摩擦力之類的外部影響可能具有強(qiáng)大干擾（如在碰撞檢測結(jié)果中），系統(tǒng)的極限測試參數(shù)已證實(shí)為一個(gè)成功的測試策略。這是零部件HiL測試的主要工作。集成的HiL測試集中在驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)特性上，如車門與車廂內(nèi)部照明之間的通信，或者雨水傳感器信號的線路。車輛測試集中在可由用戶作實(shí)際“體驗(yàn)”的功能性上。

結(jié)論

質(zhì)量與可靠性在汽車電子開發(fā)中極為重要，因?yàn)榧词故切⌒〉牟铄e(cuò)也會(huì)帶來成本的指數(shù)級增長。這意味著，在整個(gè)開發(fā)的過程中，進(jìn)行一致的測試是成功的先決條件。測試與開發(fā)之間有效而有序的溝通必須從開始時(shí)就得到保證，以便盡早地發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤，并最大限度地降低或排除這些錯(cuò)誤的成本。

（轉(zhuǎn)載）