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作者:
莊 銳 -
1. 項目背景
國家大力發(fā)展純電動汽車產(chǎn)業(yè)，對于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的考慮是一方面，另一方面則是以此為契機發(fā)展自主品牌。純電動汽車以動力電池包作為能量來源，以電動機作為車輛行駛動力源，其核心技術也正是體現(xiàn)在整車控制器、電機控制器以及電池管理系統(tǒng)上。發(fā)展自主品牌的基本要求便是要掌握核心技術，對于純電動汽車產(chǎn)業(yè)而言，正是體現(xiàn)在必須掌握其三大電控單元的開發(fā)技術。測試作為研發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)，其重要性也不容忽視。
2. 控制策略測試平臺總體設計
對于整車控制器而言，其本身可以分為控制器硬件和控制器中的嵌入式軟件兩大部分。整車控制器硬件通常結構較為清晰明了，主要包括主控芯片的最小系統(tǒng)以及相應的外圍接口電路。如果不考慮具體芯片型號以及實際運用的具體外設，而只考慮整車控制器的一般性功能，整車控制器硬件功能結構如圖1所示。
圖1 整車控制器硬件結構圖
整車控制器作為純電動車整車的一個部分，當整車控制器放置于實際車輛上運行的時候，由車載蓄電池為整車控制器供電，實車上的踏板、檔位以及各傳感器提供整車控制器必要激勵信號，其余電控單元接收整車控制器所發(fā)出的各類指令，并反饋當前的狀態(tài)給整車控制器�？紤]比較普遍的情況，整車控制器接口類型如表1所示。
表1 臺架需要支持的接口類型
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接口類型
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實現(xiàn)功能
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模擬信號輸出
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給整車控制器提供模擬類型的激勵信號
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模擬信號采集
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采集整車控制器的模擬類型的反饋以及控制信號
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數(shù)字信號輸出
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給整車控制器提供數(shù)字類型的激勵信號
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數(shù)字信號采集
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采集整車控制器的數(shù)字類型的反饋以及控制信號
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脈寬調(diào)制信號發(fā)送
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給整車控制器提供PWM類型的激勵信號
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脈寬調(diào)制信號接收
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采集整車控制器的PWM類型的反饋以及控制信號
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CAN總線報文發(fā)送
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向整車控制器發(fā)送CAN總線報文
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CAN總線報文接收
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采集整車控制器發(fā)送的CAN總線報文
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在開始對整車控制器進行測試時，臺架會按照測試用例逐條給出激勵信號，同時逐條判斷反饋信號，關于測試用例和其編輯部分將在后面介紹。為了使程序邏輯更清晰且提高程序的擴展性，測試臺架整體結構如圖2所示。
圖2 測試臺架整體結構
3 板卡控制部分程序?qū)崿F(xiàn)
上一節(jié)給出的整體結構將測試平臺分為板卡控制部分以及測試功能實現(xiàn)部分。這一節(jié)主要實現(xiàn)板卡的控制部分程序。
3.1 DAQmx數(shù)據(jù)采集輸出部分
利用DAQmx進行信號的采集時，通常包含以下幾個步驟：創(chuàng)建虛擬通道、設置采樣頻率、啟動任務、采集數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)、停止任務、清除任務。DAQmx的一個典型流程圖如圖3所示。
圖3 DAQmx數(shù)據(jù)采集輸出流程
3.2 CAN總線收發(fā)部分
實現(xiàn)CAN總線收發(fā)通常包括以下幾個步驟：創(chuàng)建接收會話、創(chuàng)建發(fā)送會話、設置波特率、開始會話、讀或?qū)慍AN報文、停止會話、清除會話。一個典型的程序CAN總線收發(fā)流程圖如4所示。
圖4 CAN總線收發(fā)流程圖
4 . 測試功能實現(xiàn)
如果測試平臺程序按功能劃分，主要實現(xiàn)以下功能：
1）控制器硬線接口配置：按照待測控制器接口定義配置設備硬件通道。
2）CAN總線通信協(xié)議配置：導入CANdb++配置的CAN通信協(xié)議。
3）測試用例的配置：導入Excel編輯的測試用例文件。
4）控制策略測試：根據(jù)測試用例對控制策略進行測試。
5）控制器耐久測試：對控制器進行循環(huán)耐久測試。
6）實時信號觀測：觀察或控制設備各通道輸入輸出。
4.1 控制器硬線接口配置
接口配置主要分為模擬激勵通道、模擬反饋通道、數(shù)字激勵通道、數(shù)字反饋通道、PWM激勵通道、PWM反饋通道，也即除CAN通道外的所有硬線通道。整車控制器接口配置界面如圖5所示。
圖5 整車控制器接口配置界面
為了節(jié)省重復硬線配置過程所花費的時間，并降低輸入過程可能出現(xiàn)的錯誤，測試軟件支持硬線配置文件的導入。將所有接口信息寫入配置文件，并在測試軟件界面中導入該文件來實現(xiàn)信息錄入，配置文件實際上是一個Excel文檔，Excel文檔的一個簡單例子如表2所示。
表2 硬線配置文件示例
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類型
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信號名稱
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物理通道
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縮放系數(shù)
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偏移量
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頻率(PWM特有)
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AO
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加速踏板1
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C02
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1
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0
|
|
|
AO
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加速踏板2
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D02
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1
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0
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|
|
AO
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制動踏板1
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C04
|
1
|
0
|
|
|
AO
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制動踏板2
|
D04
|
1
|
0
|
|
|
DO
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檔位信號1
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C01
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1
|
0
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|
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DO
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檔位信號2
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D01
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1
|
0
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|
|
DO
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鑰匙位置1
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C01
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1
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0
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|
|
DO
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鑰匙位置2
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D01
|
1
|
0
|
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DI
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MCU繼電器
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C09
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1
|
0
|
|
|
DI
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DCDC繼電器
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D09
|
1
|
0
|
|
|
DI
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空調(diào)繼電器
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C11
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1
|
0
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|
DI
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CCS繼電器
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D11
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1
|
0
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PI
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車速信號
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E08
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1
|
0
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1000
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表格主要內(nèi)容為：信號類型，信號名稱，物理通道，縮放系數(shù)，偏移量，以及針對PWM信號的頻率。
1）信號類型，這里采用英文縮寫來表示，主要分為以下幾類。
AO：模擬信號輸出通道，用于給VCU模擬信號激勵
AI：模擬信號輸入，用于采集VCU模擬信號反饋
DO：數(shù)字信號輸出通道，用于給VCU數(shù)字信號激勵
DI：數(shù)字信號輸入，用于采集VCU數(shù)字信號反饋
PO：頻率信號輸出通道，用于給VCU頻率信號激勵
PI：頻率信號輸入，用于采集VCU頻率信號反饋
2）信號名稱，主要用于信號和后面將用到的測試用例進行關聯(lián)，因此信號名稱必須和測試用例中的信號名稱一致。
3）物理通道，為了便于編寫和現(xiàn)場操作，物理通道用BOB盒子編號來表示，軟件將根據(jù)編號自動關聯(lián)具體的物理通道。
4）縮放系數(shù)以及偏移量，表示物理量取值和實際信號電壓之間的關系。這兩個參數(shù)主要針對模擬信號。
4.2 CAN總線通信協(xié)議配置
平臺軟件支持DBC文件的解析，利用CANdb++生成的DBC文件可以直接導入，點擊“ ”，在文件選擇對話框中選擇要導入的DBC文件。程序自動解析DBC文件，提取出所有報文的的報文名稱、報文ID、發(fā)送節(jié)點，以及所有信號的信號名稱、所屬報文、信號起始位置、信號長度、存儲格式、縮放系數(shù)、偏移量等信息。報文配置界面如圖6所示。
圖6 CAN報文配置界面
CAN信號配置部分和CAN報文配置部分雖然沒有放在同一頁，但導入DBC文件時，兩者的信息錄入是同時完成的，CAN信號配置界面如圖7所示。
圖7 CAN報文信號配置界面
4.3 測試用例配置
整體測試的測試用例實際上是一個Excel表格，表頭分為兩類信息，一類是用信號名表示的信號列表。另一類則是所要關注的信號閾值，用關鍵字“Limit#”加上具體信號名組成。表格的每一行表示一條用例，給出測試用例的時間、各激勵信號的取值、反饋信號的預留位置以及測試用例通過的閾值，具體的閾值用形如“20#30”來表示在20和30之間。具體實例如表3所示。
表3 簡單的測試用例示例
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時間
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激勵信號1
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激勵信號2
|
反饋信號1
|
反饋信號2
|
Limit#
反饋信號1
|
Limit#
反饋信號2
|
|
0.05
|
1
|
1
|
|
|
0#0
|
1#2
|
|
0.1
|
2
|
0
|
|
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1#1
|
5#8
|
|
0.15
|
3
|
0
|
|
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1#1
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12#15
|
|
0.2
|
4
|
1
|
|
|
0#0
|
20#25
|
|
0.25
|
5
|
0
|
|
|
0#0
|
30#35
|
|
0.3
|
6
|
0
|
|
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1#1
|
40#45
|
|
0.35
|
7
|
1
|
|
|
0#0
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50#55
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這里VCU受“激勵信號1”和“激勵信號2”這兩路信號影響。測試用例考察“反饋信號1”和“反饋信號2”這兩路信號，信號的通過閾值是“Limit#反饋信號1”以及“Limit#反饋信號2”。
4.4 控制策略測試實現(xiàn)
當編輯好測試用例，就可以進行策略整體測試，軟件界面如圖8所示，測試過程中，各個列表將顯示測試相關信號的取值，同時顯示當前測試用例的總頁數(shù)和總項數(shù)，以及當前測試項的序號。
圖8 策略整體測試界面
4.5 控制器耐久測試實現(xiàn)
策略測試和耐久測試功能在同一界面上實現(xiàn)，采用開關在兩種測試方式之間進行切換。當切換到策略測試方式下，控制界面如圖9所示，而切換到耐久測試方式下，則控制界面如圖10所示。
圖9 策略測試控制臺
圖10 耐久測試控制臺
和策略測試方式操作方式基本一致，耐久測試方式下，測試軟件將依照“總測試次數(shù)”進行循環(huán)測試，并且在測試次數(shù)達到“評價周期”時，對所有信號進行一次記錄。并且對所有反饋信號進行判斷，對于未通過的項目會用紅色標出，方便測試人員后續(xù)分析。假設表3所示的測試用例有部分未通過，那么測試結果如表10所示。
表10 測試結果評價示例
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時間
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激勵信號1
|
激勵信號2
|
反饋信號1
|
反饋信號2
|
Limit#
反饋信號1
|
Limit#
反饋信號2
|
|
0.05
|
1
|
1
|
0
|
2
|
0#0
|
1#2
|
|
0.1
|
2
|
0
|
1
|
7
|
1#1
|
5#8
|
|
0.15
|
3
|
0
|
0
|
19
|
1#1
|
12#15
|
|
0.2
|
4
|
1
|
0
|
22
|
0#0
|
20#25
|
|
0.25
|
5
|
0
|
1
|
30
|
0#0
|
30#35
|
|
0.3
|
6
|
0
|
0
|
48
|
1#1
|
40#45
|
|
0.35
|
7
|
1
|
0
|
53
|
0#0
|
50#55
|
|
0.4
|
8
|
1
|
0
|
65
|
0#0
|
60#65
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4.6 實時信號觀測
如果希望在測試過程中實時觀測信號的變化趨勢，可以切換到實時波形觀測界面。頁面包含8個獨立的波形顯示控件，當設備已開啟且處于測試過程中時，波形顯示控件將實時顯示信號波形，觀測界面如圖11所示。
圖11 實時波形觀測界面
每個波形顯示控件左下角有兩個下拉列表，左側一個設置要顯示的信號類型，右側一個用于選擇要觀測的具體信號，下拉列表選擇信號如圖12所示。
圖12 下拉列表選擇信號
設備所有物理通道可以直接觀測或控制，可以切換到設備底層數(shù)據(jù)觀測界面，在這一界面可以手動設置輸出的CAN報文內(nèi)容，以及所有硬線通道的輸出值。同時能夠觀察輸入的CAN報文內(nèi)容，以及所有硬線通道采集的數(shù)據(jù)。設備底層數(shù)據(jù)觀測界面如圖13所示。
圖13 設備底層數(shù)據(jù)觀測
5 設備組裝及實物說明
測試平臺整體外觀如圖14所示。圖片左側為測試平臺背面，背面安裝了7個航空插頭，將所有接線盒從設備中引出，連接待測控制器。右側為測試平臺正面，最上方分別是總開光、空氣開關、指示燈、急停開關。中間則是顯示器鍵鼠套件，顯示器下方則是PXI機箱，所有板卡的線束都接入機柜內(nèi)部。最下方是程控電源，主要用于做電性能測試，這里不對其做詳細說明。
圖14 設備實物照片
6 . 全文總結
整車控制器統(tǒng)籌車內(nèi)各部件協(xié)調(diào)工作，是純電動車整車的核心部件之一，本文借助NI公司的LabVIEW和PXI平臺，為純電動車的整車控制器開發(fā)了策略測試臺架，對控制器的控制策略進行測試和驗證。測試臺架現(xiàn)已交付主機廠即使用，用戶使用反映良好，今后則將根據(jù)用戶需求不斷對測試臺架進行優(yōu)化，豐富測試臺架功能。
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