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(yù)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(shí)際工作，所闡述內(nèi)容在某整車廠成功運(yùn)用，取得了良好效果。

　　本文源自輕型汽車技術(shù),2020(Z3):32-36.《輕型汽車技術(shù)》(月刊)創(chuàng)刊于1973年，由南京汽車集團(tuán)有限公司、江蘇省汽車工程學(xué)會(huì)、南京汽車行業(yè)協(xié)會(huì)主辦。雜志是目前國內(nèi)唯一的輕型汽車技術(shù)領(lǐng)域的，以從事輕型汽車設(shè)計(jì)制造的工程技術(shù)人員為主要服務(wù)對象的技術(shù)性刊物，同時(shí)兼顧其它車種及汽車相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(luò)及診斷等主要方面進(jìn)行測試和驗(yàn)證，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，督促工程師和供應(yīng)商及時(shí)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(jìn)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(bào)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(shù)，贏得越來越多消費(fèi)者的青睞，是各汽車廠商占領(lǐng)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(jìn)而影響質(zhì)量和成本。建立科本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了測試流程V模型各個(gè)階段工作順序和內(nèi)容，對系統(tǒng)集成測試的內(nèi)容進(jìn)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(yù)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(gè)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(jìn)行，保證測試的及時(shí)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(xiàng)目后期進(jìn)行改進(jìn)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)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(jìn)電機(jī)的工作時(shí)序圖，實(shí)際應(yīng)用中，主要采用脈沖細(xì)分技術(shù)—微步驅(qū)動(dòng)模式。

　　圖2LABCAR測試臺架

　　2.1電器架構(gòu)驗(yàn)證階段

　　系統(tǒng)集成測試不僅是跟隨性地對已有設(shè)計(jì)進(jìn)行測試，設(shè)計(jì)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(yàn)從系統(tǒng)角度出發(fā)，對每項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)策略的合理性進(jìn)行評估驗(yàn)證，利用開放的虛擬臺架驗(yàn)證設(shè)計(jì)策略的合理性和準(zhǔn)確性，為最終的產(chǎn)品質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。目前已經(jīng)有可以支持架構(gòu)驗(yàn)證的軟件，各整車廠可根據(jù)實(shí)際的項(xiàng)目特點(diǎn)考慮引進(jìn)驗(yàn)證體系。

　　2.2原型車改裝支持

　　在架構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，需要裝配原型車輛進(jìn)行部分前期功能驗(yàn)證。測試工程師根據(jù)試驗(yàn)車的試驗(yàn)?zāi)康囊约按_定好電氣系統(tǒng)改制方案，參與現(xiàn)場改裝，試驗(yàn)過程中提供電氣系統(tǒng)技術(shù)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(luò)及診斷等主要方面進(jìn)行測試和驗(yàn)證，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，督促工程師和供應(yīng)商及時(shí)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(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真(HIL)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試。圖3為HIL硬件在環(huán)仿真機(jī)柜，盡可能逼真地模擬汽車電子電器系統(tǒng)真實(shí)的工作環(huán)境，如模擬車輛點(diǎn)火、轉(zhuǎn)速、速度等啟動(dòng)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(shí)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(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行情況。NI硬件為軟件模型和測試系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)接口，通過它實(shí)現(xiàn)車輛仿真環(huán)境與真實(shí)環(huán)境的連接，構(gòu)成測試所用的汽車電子電器系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)基于模型測試和定義，人機(jī)交互，仿真的某些參數(shù)在人機(jī)界面上可以實(shí)時(shí)調(diào)試。基于MATLAB/Simulink的測試仿真模型為實(shí)時(shí)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(yàn)車間參與下線車輛的測試，及時(shí)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(jìn)行反饋改進(jìn)。

　　2.4售后支持和改進(jìn)

　　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(jìn)措施，如增加測試案例，設(shè)計(jì)文檔更新等。

　　2.5問題跟蹤和改進(jìn)機(jī)制

　　良好的問題跟蹤和改進(jìn)機(jī)制，可有效推進(jìn)問題的解決，降低設(shè)計(jì)成本和開發(fā)時(shí)間。某整車廠采用了基于Internet的在線故障跟蹤機(jī)制，與傳統(tǒng)的離線方式問題跟蹤清單相結(jié)合，推動(dòng)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(jìn)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(fù)雜的問題，采用基于Internet的在線故障跟蹤機(jī)制，自動(dòng)跟蹤問題的解決情況，同時(shí)對于長時(shí)間未解決的問題自動(dòng)報(bào)警提醒，推動(dòng)問題的徹底解決。通過該體系的建立，有效推動(dòng)了問題的解決，促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量的提升，減少了因故障導(dǎo)致的市場抱怨。

　　在完成一個(gè)車型的系統(tǒng)集成測試后，測試工程師根據(jù)整個(gè)測試過程中遇到的各種問題進(jìn)行測試總結(jié)，如測試成本、測試案例分析、需要改進(jìn)的流程、重大問題分析等形成項(xiàng)目總結(jié)。測試工程師可組織相關(guān)研發(fā)人員召開探討會(huì)議，對項(xiàng)目總結(jié)涉及到的設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行完善，有效避免后續(xù)車型開發(fā)中問題重復(fù)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(xué)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(xiàng)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(guān)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(yùn)行。對沒有實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能進(jìn)行記錄跟蹤，避免檢查工作的重復(fù)進(jìn)行，并出具裝車推薦報(bào)告，對各系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行評估，為其它環(huán)節(jié)的驗(yàn)證試驗(yàn)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(guān)注點(diǎn)，以設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)詳細(xì)測試各系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性，同時(shí)評估系統(tǒng)功能的合理性，不僅僅關(guān)注該功能“有沒有”，同時(shí)關(guān)注該功能“優(yōu)不優(yōu)”，嚴(yán)格把關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和合理性，從工程師和用戶多角度驗(yàn)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(guān)注輸入輸出的匹配，軟件接口主要關(guān)注信號的交互。為了完成一個(gè)跨系統(tǒng)的功能，多個(gè)不同的信號通過不同的接口傳至同一個(gè)控制器，應(yīng)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(dāng)某信號通過接口時(shí)，應(yīng)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?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

　　用戶感知測試從測試人員、車間工人、維護(hù)人員、消費(fèi)者、售后服務(wù)人員等多角度出發(fā)，規(guī)范了車輛在使用過程中的實(shí)際感受和考核標(biāo)準(zhǔn)，以用戶感知的滿意度衡量車輛設(shè)計(jì)的成功與否。它主要包含以下5個(gè)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(yīng)的功能開啟;(2)用戶感知的聲音功能測試，開啟功能時(shí)應(yīng)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(guān)零件使用手感是否良好，靈敏度、設(shè)計(jì)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(gè)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(xiàng)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(yù)期操作，確保非正常操作時(shí)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(shí)在操作恢復(fù)后能正常的使用相應(yīng)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(shí)進(jìn)行反復(fù)測試，尋找可能導(dǎo)致失效的各種情況，從而從設(shè)計(jì)進(jìn)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(shè)計(jì)中以人為本的宗旨。過壓測試規(guī)范了在系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)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(jìn)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(jìn)行實(shí)車測試。在汽車使用生命周期內(nèi)，由于整車電氣負(fù)載、接地點(diǎn)、線束、保險(xiǎn)絲等電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)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(shí)際使用過程中，整車電氣系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)知的電氣故障。VEST測試，是為了驗(yàn)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(jìn)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)移除造成電氣功能紊亂確認(rèn)測試;

　　5)保險(xiǎn)絲熔斷性能測試及保險(xiǎn)絲缺失造成電氣功能失效確認(rèn)測試;

　　6)整車電壓相關(guān)的功能測試。

　　每項(xiàng)測試內(nèi)容都有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范對其操作方法及評價(jià)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)描述與規(guī)定。

　　3.3診斷測試

　　診斷測試規(guī)范制定了關(guān)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(wù)層測試。診斷分為以下3個(gè)階段:(1)裝車測試:為試制和試驗(yàn)應(yīng)用進(jìn)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(yīng)用測試:為制造和售后應(yīng)用進(jìn)行的功能測試，需要測試工程師模擬制造和售后應(yīng)用環(huán)境，對診斷需求和診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行測試;(3)驗(yàn)收測試:對所有需求進(jìn)行驗(yàn)收測試，包括企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、診斷故障代碼設(shè)計(jì)和診斷規(guī)范中定義的所有診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)收測試。

　　3.4網(wǎng)絡(luò)測試

　　網(wǎng)絡(luò)測試內(nèi)容主要包括:物理層測試、通信層測試和網(wǎng)絡(luò)管理測試。測試階段與功能測試可同步進(jìn)行。該部分測試根據(jù)整車網(wǎng)絡(luò)測試規(guī)范，對整車網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行認(rèn)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(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)負(fù)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(jìn)行實(shí)車測試，目前很多OEM已經(jīng)在前期零件設(shè)計(jì)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(jī)。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(yàn)、手持無線電抗擾、靜態(tài)放電、電源疊加脈動(dòng)、瞬態(tài)脈沖、帶狀線等試驗(yàn)。

　　4、電子電器系統(tǒng)集成測試發(fā)展方向預(yù)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(jìn)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(wù)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(kuò)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(shí)環(huán)境中測試費(fèi)用較昂貴等，很多測試難以進(jìn)行。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，目前各大整車廠都不斷引入新技術(shù)，模擬實(shí)際的汽車使用環(huán)境，而不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際危險(xiǎn)。在保證測試的安全性及可靠性基礎(chǔ)上，逐步覆蓋多種測試環(huán)境，測試范圍不斷擴(kuò)大。

　　測試手段越來越自動(dòng)化、智能化。通過引進(jìn)新的測試硬件和軟件，可自動(dòng)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(shù)的發(fā)展，零件可以在不同車型上進(jìn)行移植和復(fù)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(yàn)的分享推廣具有重要的意義。

　　本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行了歸納總結(jié)，從技術(shù)、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(yù)測。希望能為電子電器測試技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量，進(jìn)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(xiàn):

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