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 作者:

莊 銳 -

1. 項目背景

       國家大力發展純電動汽車產業，對于環保和可持續發展的考慮是一方面，另一方面則是以此為契機發展自主品牌。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在整車控制器、電機控制器以及電池管理系統上。發展自主品牌的基本要求便是要掌握核心技術，對于純電動汽車產業而言，正是體現在必須掌握其三大電控單元的開發技術。測試作為研發的一個重要環節，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出的各類指令，并反饋當前的狀態給整車控制器。考慮比較普遍的情況，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

       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 板卡控制部分程序實現

       上一節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部分。這一節主要實現板卡的控制部分程序。

3.1 DAQmx數據采集輸出部分

利用DAQmx進行信號的采集時，通常包含以下幾個步驟：創建虛擬通道、設置采樣頻率、啟動任務、采集數據、存儲數據、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數據采集輸出流程

3.2 CAN總線收發部分     

       實現CAN總線收發通常包括以下幾個步驟：創建接收會話、創建發送會話、設置波特率、開始會話、讀或寫CAN報文、停止會話、清除會話。一個典型的程序CAN總線收發流程圖如4所示。

圖4 CAN總線收發流程圖

4 . 測試功能實現

       如果測試平臺程序按功能劃分，主要實現以下功能：

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總線通信協議配置：導入CANdb++配置的CAN通信協議。

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、數字激勵通道、數字反饋通道、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

       表格主要內容為：信號類型，信號名稱，物理通道，縮放系數，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：數字信號輸出通道，用于給VCU數字信號激勵

       DI：數字信號輸入，用于采集VCU數字信號反饋

       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，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，為了便于編寫和現場操作，物理通道用BOB盒子編號來表示，軟件將根據編號自動關聯具體的物理通道。

       4）縮放系數以及偏移量，表示物理量取值和實際信號電壓之間的關系。這兩個參數主要針對模擬信號。

4.2  CAN總線通信協議配置

       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、發送節點，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、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

       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

       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和總項數，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

       策略測試和耐久測試功能在同一界面上實現，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”進行循環測試，并且在測試次數達到“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

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據觀測界面，在這一界面可以手動設置輸出的CAN報文內容，以及所有硬線通道的輸出值。同時能夠觀察輸入的CAN報文內容，以及所有硬線通道采集的數據。設備底層數據觀測界面如圖13所示。

圖13 設備底層數據觀測

 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

       整車控制器統籌車內各部件協調工作，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。測試臺架現已交付主機廠即使用，用戶使用反映良好，今后則將根據用戶需求不斷對測試臺架進行優化，豐富測試臺架功能。