一款纯电动轻卡的整车控制器硬件在环测试与验证

李 军，沈 凯，刘卫东，吴方义，王爱春，黄少堂，方宜学

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330001）

随着各大主机厂、互联网公司和零部件供应商等新造车势力的加入，新能源汽车呈现井喷式增长。在国家大力发展新能源汽车产业的同时，也出台了相应的法律法规来把控新能源汽车的品质和安全。整车控制器VCU作为新能源汽车的核心部件，对整车功能性和稳定性的提升有着至关重要的影响。

在新能源汽车整车控制器V型研发过程中，硬件在环测试 （HIL）贯穿整个研发阶段，HIL测试可以更全面地完善设计需求，帮助研发工程师解决VCU开发过程中的软件Bug和集成问题。HIL测试的全面性和便利性，可以有效地缩短VCU的研发周期，优化开发流程，降低研发成本，具有较显著的经济效益［1］。

本文基于dSPACE硬件在环测试平台，搭建了纯电动轻卡的整车控制器硬件在环测试环境，开发了自动测试序列，可对VCU进行全功能测试验证。

1 VCU硬件在环测试原理和架构介绍

1.1 VCU硬件在环测试原理

本文纯电动轻卡的VCU主要有整车模式管理、充电管理、能量管理、热管理、安全管理、故障管理、扭矩管理等7大功能模块，实现了整车上下电、充放电、AC功率分配、驱动行驶等功能的管理和控制。

整车控制器硬件在环测试的原理：基于HIL测试平台，模拟驾驶员操作意图和整车各个模块系统，并将模拟的各模块运行状态和指令发送给VCU，通过监测VCU功能的使能来验证VCU软硬件的功能性和稳定性。

整个VCU HIL测试主要分为两部分：①HIL测试台架准备；②自动测试序列开发和验证。通过硬件在环测试，可以实现“人-车-环境”的闭环仿真测试［2］，达到实车验证前全功能测试的目的，测试流程如图1所示。

图1 VCU_HIL测试流程

1.2 HIL测试平台架构

纯电动VCU硬件在环测试平台主要包含3部分。

1）dSPACE自动测试机柜，其中包括IO板卡、处理器、信号调理器板卡等关键部件；与VCU进行物理连接，实现电信号、通信信号、AD等信号的调制输出。

2）软件平台包括两款dSPACE软件：上位机软件 （Con－trolDesk） 和测试序列编辑软件 （AutomationDesk）［3］。通过调用控件实现数据可视化显示和发送，并对测试结果进行自动验证。

3）基于Matlab／Simulink搭建的纯电动卡车整车仿真模型，主要包括VCU_IO模型和VCU_MDL车辆模型。

其中VCU_IO模型包括：IO接口、CAN总线BUS模型、电源ControlPanel模块；VCU_MDL模型包括电机、电池、变速器、车辆动力学模型等模型。

基于dSPACE的硬件在环测试平台构架如图2所示，将真实的电控单元接入一个虚拟的整车环境中，通过IO接口将VCU与台架相连。并由上位机软件来模拟虚拟节点与VCU进行实时通信，通信内容由dSPACE机柜来调制，并将控制的电信号和CAN／LIN信号输出给VCU，最后通过监测VCU的状态位和使能位来验证VCU的功能性。

图2 硬件在环测试平台架构

2 VCU硬件在环测试开发和验证

本文测试对象为一款纯电动卡车，VCU共包含7大功能模块［4］，测试内容需覆盖以下几部分：整车上下电、AC功率分配、水泵风扇冷却控制、高压互锁故障检测、挡位解析、扭矩控制等功能。

根据VCU的功能规范和通信协议 （DBC）来开发相应的测试用例［5］，通过采用等价类分、因果图法、边界值法等多种方法，来保证VCU硬件在环测试用例的全面性和准确性。因测试功能较多测试用例多达数千条，本文以一条高压上电测试为例，详细阐述VCU硬件在环测试的测试用例编写、自动测试序列搭建、测试结果验证等工作。

2.1 测试用例开发

高压上电功能规范中描述：高压上电时，首先检测BMS、MCU、DCDC系统状态，以及高压附件 （PTC、空调、打气泵、转向泵、DCDC）工作状态为停止工作；同时电机电容状态不为禁止充电，电机驱动状态为disable。然后VCU向BMS发出高压上电请求，BMS在收到VCU发送高压上电请求后，根据自身的情况决定是否进行高压上电。编写高压上电测试用例如图3所示，将功能规范全部条件化和信号化。

2.2 自动测试序列开发

根据高压上电测试用例，编写硬件在环自动测试序列，在AutomationDesk软件中调用数据库的初始化模块、write模块、数据capture模块、结果验证check模块等，有序地搭建成测试序列，并对模块进行相应数据关联。

图4 为部分高压上电测试序列，该部分完成了序列初始化、模拟驾驶员踩制动踏板和将钥匙拧到Key_Start的操作。通过运行该条测试序列，可以将测试用例中的驾驶员操作和其他模块动作通过CAN信号和电信号发送给VCU，然后再去监测和检查VCU的状态信号和使能位，自动判断测试结果是否通过，并输出PDF格式的测试报告。

图4 搭建自动测试序列

2.3 测试结果验证

运行自动测试序列后，在AutomationDesk软件中会自动生成测试结果，测试表明高压上电允许指令异常，结果失败，如图5所示。

图5 高压上电测试结果

在进行高压上电过程中，VCU通过判断上电条件满足后，发送上高压电允许指令给BMS，BMS接收到高压上电允许指令后再进行高压上电。但在图5中的上电允许指令先allow后跳变为forbid（如曲线2所示），整车模式依然上高压成功ID=5（HV_Mode），该结果与功能规范描述不符，记录为问题项。

通过查询内部变量可知，在满足高压上电条件后，VCU跳过了上电指令检测流程，直接进行高压上电，故该上电指令未起效，需修改软件。

在VCU软件修改完善后，进行回归测试，重新完成一套完整的测试，测试表明高压上电功能测试通过，如图6所示。

通过一整套VCU硬件在环测试验证方法，可以有效全面地完善VCU设计需求，发现软件Bug，验证VCU各模块的稳定性和功能性。

3 总结

图6 高压上电回归测试

本文基于dSPACE平台，为一款纯电动卡车搭建了VCU硬件在环测试环境，从测试用例开发、自动测试序列开发到VCU测试实施和验证，详细阐述了一整套VCU行之有效的测试验证方法。实测结果表明，该纯电动轻卡VCU可以及时响应驾驶员意图，实现对车辆的有效控制；VCU硬件在环测试可以有效提高VCU的开发效率，降低成本，优化开发流程。