基于汽車電器系統(tǒng)集成測試研究

　　摘要：闡述汽車電子電器系統(tǒng)集成測試作為汽車研發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，對提升汽車產(chǎn)品質(zhì)量起著重要的作用。文章從工作方法和測試內(nèi)容方面探討了如何有效發(fā)揮系統(tǒng)集成測試的作用，并預測了未來電子電器系統(tǒng)集成測試的發(fā)展方向。結(jié)合實際工作，所闡述內(nèi)容在某整車廠成功運用，取得了良好效果。

　　本文源自輕型汽車技術,2020(Z3):32-36.《輕型汽車技術》(月刊)創(chuàng)刊于1973年，由南京汽車集團有限公司、江蘇省汽車工程學會、南京汽車行業(yè)協(xié)會主辦。雜志是目前國內(nèi)唯一的輕型汽車技術領域的，以從事輕型汽車設計制造的工程技術人員為主要服務對象的技術性刊物，同時兼顧其它車種及汽車相關行業(yè)的工程技術人員。

　　1、引言

　　汽車電子電器系統(tǒng)系統(tǒng)集成測試就是在正式的樣車試制前，將整車所有的電子電器系統(tǒng)集成到測試臺架(Labcar)上，仿真各種測試環(huán)境，使用標準的測試規(guī)范對于整車電子電器零部件和系統(tǒng)的功能、性能、網(wǎng)絡及診斷等主要方面進行測試和驗證，及時發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，督促工程師和供應商及時整改，有效減少整體開發(fā)和測試成本、降低電子電器系統(tǒng)的故障率和確保電子電器系統(tǒng)的交付質(zhì)量。主要工作包括：搭建系統(tǒng)集成測試平臺，配置和優(yōu)化集成測試系統(tǒng)，進行零部件功能、系統(tǒng)功能以及零部件功能信號的測試等，生成測試報告并保持跟蹤，裝車工程支持和現(xiàn)場排障。

　　在汽車市場快速發(fā)展的今天，提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量，合理降低成本，快速推出新產(chǎn)品新技術，贏得越來越多消費者的青睞，是各汽車廠商占領市場的有效方法。產(chǎn)品成整車電子電器系統(tǒng)集成測試，直接影響產(chǎn)品研發(fā)周期的長短，進而影響質(zhì)量和成本。建立科本文結(jié)合實際工作經(jīng)驗，闡述了測試流程V模型各個階段工作順序和內(nèi)容，對系統(tǒng)集成測試的內(nèi)容進行了概括和分類說明，并對集成測試未來發(fā)展趨勢作出預測，分析結(jié)果對提高系統(tǒng)集成測試水平有著重要意義。

　　圖1系統(tǒng)集成測試V模型

　　2、電子電器系統(tǒng)集成測試V模型

　　電子電器系統(tǒng)集成測試需要貫穿于整車開發(fā)的各個階段，“V”字形開發(fā)模式，是目前汽車OEM所普遍采用的一種產(chǎn)品開發(fā)模式，系統(tǒng)集成測試也基本遵循“V”模型，分層次進行，保證測試的及時性和可靠性。傳統(tǒng)的系統(tǒng)集成測試主要集中在“V”模型虛線下半部分，為了更早的在前期發(fā)現(xiàn)問題，同樣為了在項目后期進行改進和項目經(jīng)驗總結(jié)，測試環(huán)節(jié)也需要覆蓋“V”模型虛線以上部分(如圖1)。圖2為步進電機的工作時序圖，實際應用中，主要采用脈沖細分技術—微步驅(qū)動模式。

　　圖2LABCAR測試臺架

　　2.1電器架構驗證階段

　　系統(tǒng)集成測試不僅是跟隨性地對已有設計進行測試，設計前期系統(tǒng)集成測試工程師參與車型功能配置討論分析，根據(jù)積累的測試經(jīng)驗從系統(tǒng)角度出發(fā)，對每項功能實現(xiàn)策略的合理性進行評估驗證，利用開放的虛擬臺架驗證設計策略的合理性和準確性，為最終的產(chǎn)品質(zhì)量奠定良好的基礎。目前已經(jīng)有可以支持架構驗證的軟件，各整車廠可根據(jù)實際的項目特點考慮引進驗證體系。

　　2.2原型車改裝支持

　　在架構設計完成后，需要裝配原型車輛進行部分前期功能驗證。測試工程師根據(jù)試驗車的試驗目的以及確定好電氣系統(tǒng)改制方案，參與現(xiàn)場改裝，試驗過程中提供電氣系統(tǒng)技術支持和排故。

　　2.3測試平臺搭建以及工程造車排故

　　圖1系統(tǒng)集成測試V模型虛線下部是系統(tǒng)集成測試的重要組成部分。主要分為裝車前的測試和裝車支持兩部分。

　　圖3HIL仿真測試機柜

　　裝車前的測試包括:LABCAR臺架測試規(guī)劃、搭建LABCAR測試臺架、系統(tǒng)分析、集成測試、LABCAR臺架升級等內(nèi)容。概括地講是在正式的樣車試制前，將整車所有的電子電器系統(tǒng)集成到LABCAR臺架上(如圖2)，仿真各種測試環(huán)境，使用標準的測試規(guī)范對于整車電子電器零部件和系統(tǒng)的功能、性能、網(wǎng)絡及診斷等主要方面進行測試和驗證，及時發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，督促工程師和供應商及時整改，有效減少整體開發(fā)和測試成本、降低電子電器系統(tǒng)的故障率，確保電子電器系統(tǒng)的交付質(zhì)量。

　　為了提高測試的覆蓋度，可以在臺架中引進動力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真(HIL)，進行動態(tài)測試。圖3為HIL硬件在環(huán)仿真機柜，盡可能逼真地模擬汽車電子電器系統(tǒng)真實的工作環(huán)境，如模擬車輛點火、轉(zhuǎn)速、速度等啟動后的狀態(tài)。如某公司的電子電器系統(tǒng)集成測試平臺采用硬件(NI)來產(chǎn)生和接收實際的汽車執(zhí)行器和傳感器信號，采用軟件(MATLAB/Simulink)來模擬各動力系統(tǒng)的運行情況。NI硬件為軟件模型和測試系統(tǒng)提供了實時接口，通過它實現(xiàn)車輛仿真環(huán)境與真實環(huán)境的連接，構成測試所用的汽車電子電器系統(tǒng)實時環(huán)境。Veristand軟件提供了基于圖形化的用戶界面，可以很方便地實現(xiàn)基于模型測試和定義，人機交互，仿真的某些參數(shù)在人機界面上可以實時調(diào)試。基于MATLAB/Simulink的測試仿真模型為實時仿真測試提供了虛擬的測試仿真環(huán)境。

　　裝車支持是指在試制造車階段，測試人員在試制試驗車間參與下線車輛的測試，及時發(fā)現(xiàn)在臺架測試階段未發(fā)現(xiàn)或測試臺架無法發(fā)現(xiàn)的問題，進行反饋改進。

　　2.4售后支持和改進

　　主要針對車輛上市后，測試工程師介入跟蹤市場反饋的問題，評審是否存在前期測試未發(fā)現(xiàn)的“漏網(wǎng)之魚”，制定避免此類問題再次產(chǎn)生的改進措施，如增加測試案例，設計文檔更新等。

　　2.5問題跟蹤和改進機制

　　良好的問題跟蹤和改進機制，可有效推進問題的解決，降低設計成本和開發(fā)時間。某整車廠采用了基于Internet的在線故障跟蹤機制，與傳統(tǒng)的離線方式問題跟蹤清單相結(jié)合，推動問題的快速解決。對于那些重要級別低或是已發(fā)現(xiàn)根本原因可以很快解決的問題，可使用電子電器問題跟蹤清單進行跟蹤排查，記錄問題產(chǎn)生的根本原因和解決措施;對于重大復雜的問題，采用基于Internet的在線故障跟蹤機制，自動跟蹤問題的解決情況，同時對于長時間未解決的問題自動報警提醒，推動問題的徹底解決。通過該體系的建立，有效推動了問題的解決，促進了產(chǎn)品質(zhì)量的提升，減少了因故障導致的市場抱怨。

　　在完成一個車型的系統(tǒng)集成測試后，測試工程師根據(jù)整個測試過程中遇到的各種問題進行測試總結(jié)，如測試成本、測試案例分析、需要改進的流程、重大問題分析等形成項目總結(jié)。測試工程師可組織相關研發(fā)人員召開探討會議，對項目總結(jié)涉及到的設計文檔進行完善，有效避免后續(xù)車型開發(fā)中問題重復發(fā)生。

　　表1系統(tǒng)集成測試內(nèi)容

　　3、電子電器系統(tǒng)集成測試內(nèi)容

　　在科學的測試流程規(guī)范下，制定合理而全面的測試規(guī)范，是保證集成測試質(zhì)量的一項重要工作。根據(jù)各零部件的功能和整車控制邏輯，開發(fā)有針對性的測試規(guī)范，根據(jù)測試規(guī)范及相關標準進行測試。按照測試類型可包含以下幾類，表1為系統(tǒng)集成測試內(nèi)容分類。

　　3.1功能測試

　　功能測試主要包括整車級集成功能測試、系統(tǒng)級集成功能測試、接口測試、用戶感知測試、誤用濫用測試、故障處理測試、過壓測試等。這部分測試從試制造車前的臺架測試開始，到試制造車，再到小批量生產(chǎn)一直持續(xù)到車輛上市階段。

　　整車級集成功能測試規(guī)范規(guī)定了整車層面跨系統(tǒng)功能測試的范圍和方法。由于各控制器開發(fā)周期的不盡相同，造成前期零件開發(fā)狀態(tài)的不同步，因此該階段關注的是系統(tǒng)性功能的“有沒有”，保證整車電氣零件的正常運行。對沒有實現(xiàn)的系統(tǒng)功能進行記錄跟蹤，避免檢查工作的重復進行，并出具裝車推薦報告，對各系統(tǒng)的狀態(tài)進行評估，為其它環(huán)節(jié)的驗證試驗提供依據(jù)。系統(tǒng)級集成功能測試是待零件開發(fā)狀態(tài)相對穩(wěn)定之后，以零件所在系統(tǒng)為關注點，以設計規(guī)范為依據(jù)詳細測試各系統(tǒng)功能實現(xiàn)的準確性，同時評估系統(tǒng)功能的合理性，不僅僅關注該功能“有沒有”，同時關注該功能“優(yōu)不優(yōu)”，嚴格把關系統(tǒng)設計的準確性和合理性，從工程師和用戶多角度驗證系統(tǒng)功能，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和用戶滿意度。

　　接口測試包括硬件接口和軟件接口，硬件接口主要關注輸入輸出的匹配，軟件接口主要關注信號的交互。為了完成一個跨系統(tǒng)的功能，多個不同的信號通過不同的接口傳至同一個控制器，應該測試各接口間的電路匹配、軟硬件信號的同步性以及定義的一致。另外當某信號通過接口時，應該測試此信號是否由于受到某些因素(如整車電壓變化)的干擾而失真甚至丟失，從而保證系統(tǒng)信號傳輸?shù)臏蚀_性和穩(wěn)定性。

　　用戶感知測試從測試人員、車間工人、維護人員、消費者、售后服務人員等多角度出發(fā)，規(guī)范了車輛在使用過程中的實際感受和考核標準，以用戶感知的滿意度衡量車輛設計的成功與否。它主要包含以下5個方面:(1)用戶感知的基本功能測試，即用戶啟用某車載功能后，是否有對應的功能開啟;(2)用戶感知的聲音功能測試，開啟功能時應有的聲音是否產(chǎn)生，聲音的產(chǎn)生是否舒適;(3)內(nèi)部燈光的纏身是否統(tǒng)一，是否舒適;(4)開關零件使用手感是否良好，靈敏度、設計邏輯等是否滿足用戶的要求;(5)整車功能操作區(qū)域劃分是否符合一般用戶期望，操作是否方便。誤用濫用測試包含誤用和濫用兩個方面：誤用是指駕乘人員在使用車輛過程中異常的或不正確的操作;濫用即頻繁、過度地使用某一項功能或某一系統(tǒng)。以不同的使用工況為依托規(guī)范了系統(tǒng)集成測試中需要考慮到在非正常操作中產(chǎn)生的預期操作，確保非正常操作時既能給用戶必要的警示又不能影響確保駕駛員安全的基本功能，同時在操作恢復后能正常的使用相應的功能。故障處理測試規(guī)范如何選取失效模式場景，對系統(tǒng)發(fā)生失效時進行反復測試，尋找可能導致失效的各種情況，從而從設計進行警示，減少因失效模式給用戶帶來的不便和困擾，從用戶角度出發(fā)，體現(xiàn)產(chǎn)品設計中以人為本的宗旨。過壓測試規(guī)范了在系統(tǒng)高負荷運行環(huán)境等情況下的測試內(nèi)容，用于測試系統(tǒng)在這些場景和環(huán)境中是否能夠正常工作，體現(xiàn)產(chǎn)品的過壓承受力和魯棒性。

　　3.2性能測試

　　整車電氣系統(tǒng)性能測試(VEST)。主要在臺架上進行前期的部分測試，試制造車階段EP1和試制造車階段EP2制造的工程車上進行實車測試。在汽車使用生命周期內(nèi)，由于整車電氣負載、接地點、線束、保險絲等電氣系統(tǒng)設計不合理，導致不必要的能量消耗、電氣系統(tǒng)性能下降、電氣功能失效等問題。加之電氣系統(tǒng)的老化，以及惡劣的工作環(huán)境，在車輛實際使用過程中，整車電氣系統(tǒng)會產(chǎn)生不可預知的電氣故障。VEST測試，是為了驗證整車電氣系統(tǒng)的性能，以及在極端電氣環(huán)境下，電氣系統(tǒng)失效帶來的影響，并通過測試結(jié)果改進電氣系統(tǒng)的設計方案，從而保證整車電氣系統(tǒng)在使用壽命內(nèi)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。主要包含以下測試內(nèi)容:

　　1)整車靜態(tài)電流測試;

　　2)整車待命狀態(tài)電流測試;

　　3)電氣回路電流及電壓降測試;

　　4)整車接地性能測試及接地點移除造成電氣功能紊亂確認測試;

　　5)保險絲熔斷性能測試及保險絲缺失造成電氣功能失效確認測試;

　　6)整車電壓相關的功能測試。

　　每項測試內(nèi)容都有相應的技術規(guī)范對其操作方法及評價結(jié)果進行詳細描述與規(guī)定。

　　3.3診斷測試

　　診斷測試規(guī)范制定了關于系統(tǒng)參數(shù)配置、軟件刷新、DTC測試、I/O控制測試、傳輸層測試和服務層測試。診斷分為以下3個階段:(1)裝車測試:為試制和試驗應用進行的功能測試，包括診斷故障代碼、控制器輸入/輸出數(shù)據(jù)、配置參數(shù)和零件物流數(shù)據(jù);(2)應用測試:為制造和售后應用進行的功能測試，需要測試工程師模擬制造和售后應用環(huán)境，對診斷需求和診斷數(shù)據(jù)進行測試;(3)驗收測試:對所有需求進行驗收測試，包括企業(yè)標準、診斷故障代碼設計和診斷規(guī)范中定義的所有診斷數(shù)據(jù)進行驗收測試。

　　3.4網(wǎng)絡測試

　　網(wǎng)絡測試內(nèi)容主要包括:物理層測試、通信層測試和網(wǎng)絡管理測試。測試階段與功能測試可同步進行。該部分測試根據(jù)整車網(wǎng)絡測試規(guī)范，對整車網(wǎng)絡進行認證。包含整車地CAN總線測試以及LIN線測試，測試過程涉及到了網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡負載、一致性測試及總線故障處理等。

　　3.5電磁兼容測試

　　電磁兼容測試主要在試制造車階段EP1和試制造車階段EP2制造的工程車上進行實車測試，目前很多OEM已經(jīng)在前期零件設計中增加硬件評審和電磁兼容仿真等工作。電磁兼容測試分為EMI測試和EMS測試。EMI(不對周圍環(huán)境或系統(tǒng)造成影響)測試包括車外輻射發(fā)射、干擾車載接收機。EMS(能夠承受外界電磁環(huán)境的影響)測試包括射頻電磁場輻射抗擾試驗、手持無線電抗擾、靜態(tài)放電、電源疊加脈動、瞬態(tài)脈沖、帶狀線等試驗。

　　4、電子電器系統(tǒng)集成測試發(fā)展方向預測

　　整車廠對車身電子電器測試越來越集成化。對于整車廠，電子電器測試的核心內(nèi)容在于集成性的系統(tǒng)測試，也即在具備整車集成優(yōu)勢的情況下，通過借助測試平臺對整車電子電器零部件進行組裝模擬整車裝車環(huán)境。在整車裝車前即完成系統(tǒng)集成測試。建立平臺性的系統(tǒng)集成測試環(huán)境服務于整車研發(fā)過程，已經(jīng)成為一種必然趨勢。

　　測試覆蓋范圍不斷擴大，測試案例越來越豐富。在以往的車身電子電器系統(tǒng)測試過程中，由于種種原因如:極限測試、失效測試，或在真實環(huán)境中測試費用較昂貴等，很多測試難以進行。隨著電子技術的不斷發(fā)展，目前各大整車廠都不斷引入新技術，模擬實際的汽車使用環(huán)境，而不會產(chǎn)生實際危險。在保證測試的安全性及可靠性基礎上，逐步覆蓋多種測試環(huán)境，測試范圍不斷擴大。

　　測試手段越來越自動化、智能化。通過引進新的測試硬件和軟件，可自動完成部分測試工作，降低成本，提高測試效率。

　　電子電器系統(tǒng)集成測試的縱向發(fā)展和橫向交叉。系統(tǒng)集成測試將貫穿于整車電子電器開發(fā)的始末，已經(jīng)成為一種必然。隨著整車電子電器技術的發(fā)展，零件可以在不同車型上進行移植和復用，而不同車型之間的交叉測試，對于問題的發(fā)現(xiàn)和測試經(jīng)驗的分享推廣具有重要的意義。

　　本文結(jié)合實際工作經(jīng)驗，深入思考分析，對系統(tǒng)集成測試從工作方式、測試內(nèi)容等方面進行了歸納總結(jié)，從技術、體系、效率多方面入手，探討如何有效發(fā)揮系統(tǒng)集成測試的作用，歸納總結(jié)了高效工作的方式方法，并對未來電子電器系統(tǒng)集成測試的發(fā)展趨勢作了大膽預測。希望能為電子電器測試技術的發(fā)展貢獻一份力量，進而在降低整車研發(fā)成本，提高汽車質(zhì)量方面起到積極作用。

　　參考文獻:

　　[1]朱德康.汽車電氣系統(tǒng)集成測試管理技術的研究[J].山東工業(yè)技術,2009,31(8):719-724.