基于Kvaser Leaf Light的换挡执行器控制模块台架测试系统设计与应用

李亚飞，邹海洋，梁建刚，张剑锋

摘  要：基于Kvaser Leaf Light设计了换挡执行器控制模块的台架测试系统，分析了换挡执行器控制模块的主要功能，并编制了测试用例，按照测试用例在自主开发的上位机软件上进行了功能测试，验证了测试系统满足换挡执行器控制模块的台架测试需求。

关键词：Kvaser Leaf Light；换挡；CAN总线；台架测试；汽车电子设备

中图分类号：U461.91     文献标志码：A     文章编号：1005-2550（2023）03-0037-06

The Design and Application of Bench Test System of Actuator Control Module Based On Kvaser Leaf Light

LI Ya-fei， ZOU Hai-yang， LIANG Jian-gang， ZHANG Jian-feng

（GAC Automotive Research & Development Center， Guangzhou 511434 ， China）

Abstract： Based on Kvaser Leaf Light， the bench test system of the Actuator Control Module（ACM） was designed. Analyzed ACMs main functions using mind mapping， prepared test cases according to the mind mapping. The function test was carried out following the test cases using the self-developed upper computer software， which verifies that the test system meets the function test requirements of the actuator control module.

Key Words： Kvaser Leaf Light; Gear Shift; CAN Bus; Bench Test; Automotive Electronic Equipment

引    言

在汽车电子设备的研究和开发中，台架试验是其中重要的一个环节[1]。通过台架试验，可以测试汽车电子设备的设计是否满足功能需求及相关技术标准，为电子设备搭载整车试验并最终上市提供不可缺少的助力[2]。

线控换挡（Shift By Wire， SBW）具有操作便利、科技感强的特点，且适合汽车智能化电气化发展趋势，目前已广泛应用于国产及合资车型。换挡执行器控制模块（Actuator Control Module ，ACM）是传统AT变速箱线控换挡系统的一个部件，它根据驾驶员的换挡指令，驱动变速箱上的换挡执行器电机工作，完成P、R、N、D等挡位位置的切换。本台架测试系统基于Kvaser Leaf Light，对ACM的台架测试系统的架构设计、上位机软件开发、测试用例的设计和测试结果进行分析，并通过测试实例确定该台架测试系统的实用性。

1    换挡执行器控制模块台架测试系统架构

ACM台架测试系统主要由PC机、Kvaser Leaf Light设备、被测部件（換挡执行器控制模块）等组成，为模拟整车SBW实际搭载情况，对SBW系统零部件之间的信号交互、主要功能进行验证，该测试系统将线控换挡系统的其它零部件（电子换挡器、换挡操纵执行器总成）与ACM一起组成测试系统。

1.1   换挡执行器控制模块整车级系统架构

通常情况，线控换挡系统SBW由换挡执行器控制模块ACM、电子换挡器（Gear Shift Module， GSM）、换挡执行器总成等零部件组成。驾驶员通过GSM发送换挡指令，ACM接收GSM的换挡指令，再驱动换挡操纵执行器总成的电机完成换挡动作。ACM接收外部电子设备（车身电子稳定系统ESP、变速箱控制单元TCU等）的上电状态、车速、刹车、安全带、车门等信号，结合这些信号状态，按照换挡策略进行换挡动作。ACM整车级系统结构框图如图1所示。

1.2   换挡执行器控制模块测试系统结构

Kvaser Leaf Light设备是瑞典Kvaser公司推出的CAN总线设备，支持CAN总线全速USB接口，具备高性能低成本便携带的特点[3-4]，其低成本和便携带的特点适合单个零件或单个系统的设计开发，利于工程师在车辆上使用。其主要的缺点是配套的上位机软件与CANoe等上位机相比，功能较少、操作不便，因此需要按照实际的使用需求开发上位机软件。

换挡执行器控制模块测试系统基于Kvaser Leaf Light设备，由直流稳压电源、PC（含上位机软件）、换挡执行器控制模块（ACM）、电子换挡器（GSM）、换挡操纵执行器总成、挡位字符显示面板构成。按照电气信息定义将ACM、GSM与换挡操纵执行器总成采用线束进行连接，ACM与GSM的CAN_H、CAN_L连接在同一CAN网络并通过DB9与Kvaser Leaf Light设备连接，Kvaser Leaf Light设备通过USB与PC连接，从而组成测试系统。其台架测试系统架构如图2所示，搭建的实际测试系统如图3所示。

1.3   换挡执行器控制模块测试系统上位机软件

换挡执行器控制模块测试系统在C#环境下进行Kvaser的上位机开发，主要包含了Kvaser的CAN通信开发、基于测试的应用界面开发。

其中，Kvaser的CAN通信开发，需要调用Kvaser公司提供的SDK库中的Kvaser.Canlib.dll文件，程序设计流程包括Kvaser初始化、开启通道、CAN接收、CAN发送、CAN通道关闭等，相关的函数调用流程如图4所示。

上位机软件的应用界面开发需基于实际测试需求进行设计，并根据测试工程师的反馈不断优化应用界面的设计。本上位机软件经过几轮反复调试、修改，最终确定了上位机应用界面。应用界面分为配置、监控、图表分析、测试、刷写、帮助6个主要功能界面，各界面按照便于操作、逻辑清晰的特点定制了多个功能模块。其中，配置界面设计了：项目文件加载、DBC加载、DLL文件加载、报文过滤、录制属性设置等模块，并包含了Trace窗口用于显示各配置文件的加载情况，详见图5。

其它5个界面，主要根据作用不同进行区分。监控界面的主要作用：发送周期性/触发性事件（报文），并可以通过窗口监控被测设备的CAN报文信息，也可以录制测试过程的CAN数据。图表分析界面的主要作用：选择需分析的信号，加载录制的数据，进而生成图表辅助分析测试数据。测试界面的主要作用：用于设置测试用例，按步骤测试被测部件。刷写界面：加载Flash Driver、软件应用程序，按照设定的刷写规范完成被测部件的软件更新。

1.4   关键监视报文

换挡执行器控制模块测试系统CAN通讯网络主要节点为ACM、GSM、TCU、BCS等，其中ACM发送ACM_1报文，接收GSM节点的GSM_1报文，ACM_1报文包含的关键信号包含ACM_ActuatorGear（换挡执行器位置信号），GSM_1报文包含的关键信号包含GSM_GearShiftLeverPstmech（换挡杆机械位置信号）、GSM_GearShiftLeverPstReq（换挡器挡位请求信号）、GSM_PbuttonInfo（P挡按键信号）。相关的节点、报文、信号定义如表1所示。

2    换挡执行器控制模块台架测试系统应用

换挡执行器控制模块的台架测试流程主要包括功能分析、测试用例编制、测试实施、结果分析。通过对比测试结果与预期结果，可以确认ACM当前阶段是否达到设计的功能需求[5-8]。

2.1   换挡执行器控制模块主要功能分析

采用思维导图辅助分析ACM的主要功能。思维导图可以帮助发散思维，梳理思路，有利于开展评审优化，便于完善功能分析，且有利于后续测试用例的编制。如图6所示，ACM的主要功能为：入P挡、入R挡、入N挡、入D挡、快速换挡、电源管理、休眠唤醒、跛行处理。以“入P挡”为例，该功能是指当满足一定条件时，ACM能够驱动换挡操纵执行器从其它挡位切换至P挡，该功能需要设定的条件有：车速BCS_VehSpd≤3km/h，当前挡位GSM_GearShiftLeverPstReq为R挡或N挡或D挡或其它挡位，P挡按键信号GSM_PbuttonInfo有效。其它功能的设置条件也在思维导图中清晰的列出。

实际测试时，以“入P挡”测试为例，在上位机软件中设置模拟信号（BCS_VehSpd = 4km/h，GSM_GearShiftLeverPstReq = D），上位机通过Kvaser Leaf Light与ACM、GSM进行CAN通讯，按压P挡按键（GSM_PbuttonInfo = press）， 若ACM功能正常，此时ACM应能够驱动挡操纵执行器总成的电机完成进入P挡并点亮挡位字符显示面板的P挡字符。

2.2   换挡执行器控制模块测试用例设计

根据换挡执行器控制模块主要功能分析及条件设置，可以完成测试用例的编制，用以指导测试的实施。编制的测试用例需包含测试用例的编号、测试目的、功能子模块、测试步骤和预期结果，并能够记录测试结果，如图7所示。基于该测试用例，经过测试实施和结果记录，生成测试报告，方便对测试结果进行总结、以及对失败的测试用例进行回测追踪。

2.3   换挡执行器控制模块功能测试结果分析

按照图3搭建换挡执行器控制模块台架测试系统，利用上位机软件并按照测试用例进行测试、录制测试数据，在图7所示表格中记录测试结果。以图7中的测试用例CASE01—入P挡为例，按照预定步骤完成测试后，在图表分析界面可以对测试结果进行分析（如图8所示），当P挡按键按下GSM_PbuttonInfo = press时，GSM的挡位请求信号GSM_GearShiftLeverPstReq发出P挡请求，ACM通过CAN网络接收GSM挡位请求信号GSM_GearShiftLeverPstReq（P），驱动换挡执行器电机工作（ACM_ActuatorGear = moving），最终运动至P挡（ACM_ActuatorGear = P），台架上能够看到换挡操纵执行器按照预定指令产生了驱动动作，切换到了P挡位置。

按照图7测试用例继续完成ACM其它各功能的测试：入R挡、入N挡、入D挡、快速换挡、电源管理、休眠唤醒、跛行处理，逐条测试ACM是否满足预定的功能。若不能满足某功能，即可反馈软硬件工程师进行详细故障分析，对设计进行优化设计。

3    结论

本文基于Kvaser Leaf Light设备搭建了由直流稳压电源、PC（含上位机软件）、换挡执行器控制模块（ACM）、电子换挡器（GSM）、换挡操纵执行器总成、挡位字符显示面板构成的台架测试系统，分析了ACM的主要功能，并编制了测试用例，且使用该台架测试系统按照测试用例进行了功能测试。通过对测试数据的分析，验证了台架测试系统满足ACM功能测试的需求。该台架系统可以验证ACM是否满足设计需求或装车需求，为ACM产品开发提供助力，保证了产品功能，缩短了开发周期。

同时，通过修改该测试系统的电气连接、待测设备通讯矩阵（信号）、测试用例，该测试系统可拓展至其它车载CAN通讯电子设备，用来测试其基本功能、总线通讯和诊断功能，为车载电子设备的台架测试提供参考。

参考文献：

[1]文代志，姜峰. 机车柴油机台架测试系统的分析介绍[J]. 南昌师范学院学报（ 综合），2017，38（3）：14-17.

[2]王家校. 新能源汽车电驱和电机测试台架系统设计与应用[J]. 电气传动，2021，51（4）：152-155.

[3]李志平，黄雷. 基于CAN总线的电池管理系统监控平台开发[J]. 汽车工程师，2016，（10）：52-54.

[4]王邵龍，谷原野，刘德利，等. 基于Kvaser Leaf Light v2的车载控制单元Bootloader 测试系统设计[J]. 汽车电器，2018，（5）：48-50.

[5]许瑞芳，姜枫. 软件测试技术应用与综合管理之探析[J]. 电子质量，2020，（3）：50-53.

[6]丁顺英，李天翼，于澎. 软件测试标准化国内外现状研究[J]. 标准对比，2019，（6）：109-113.

[7]武昭宇，张月琴，阎华. 软件测试方法的研究与应用[J]. 太原理工大学学报，2016，47（3）：379-383.

[8]颜乐鸣. 基于工作流的软件测试过程模型研究[J]. 软件，2018，39（5）：160-165.

李亚飞

硕士研究生学历，现就职于广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，任中级工程师，主要从事汽车操纵系统零部件研发工作。

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吴泽民

东风汽车公司技术中心智能软件中心

整车电子架构开发总工程师  研究员级高级工程师

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