HIL测试在新能源车整车控制策略测试中的应用

宋冰刘震刘义强刘佳李亭亭

（1.华晨汽车工程研究院电控工程室；2.华晨汽车工程研究院新能源工程室）

电机、电池、电控是新能源汽车的三大核心技术，因此整车厂必须掌握作为核心技术之一的整车控制模型开发[1]。根据国内外整车厂及零部件厂的开发经验，为了保证整车控制模型开发过程的正确性，必须遵循国际通用的V开发流程。该流程中，整车控制模型开发阶段需要经历需求分析、应用层软件设计、应用层软件实现；验证阶段需要经历模型测试、系统集成测试、整车测试。验证阶段的测试项目是对V流程开发阶段项目进行的功能验证。其中的系统集成测试采用硬件在环设备（HIL），将已经下载整车控制模型的整车控制器与之连接，HIL设备内部有虚拟的影响整车控制器工作的所有模型，能够全面测试整车控制器的软硬件[2-3]。文章对HIL测试在新能源车整车控制策略测试中的应用进行了介绍。

1 HIL测试之前的输入条件

整车控制策略中，加速踏板信号处理策略对于整车驾驶性来说是一个比较重要的模块，文章以加速踏板信号处理策略为基础进行集成测试。

在进行加速踏板信号处理策略测试前，首先获得加速踏板传感器的相关参数，以便在HIL上更加确切地模拟出加速踏板传感器的输入情况。图1示出某型号加速踏板传感器特性曲线。从图1中可以看出，2路加速踏板信号起始位置有±2%的误差，终止位置有±3%的误差。加速踏板说明书中给出了2路输出电压的范围，第1路输出电压范围为0.75～4.445 V，第2路输出电压范围为0.375～2.225 V。其次获得加速踏板信号处理策略设计需求文档，从设计需求文档中可以获知，加速踏板信号处理策略由6个部分组成：踏板数字输入信号至踏板开度信号的转换、输入信号的校核、信号失效检测、信号失效处理、信号滤波、加速踏板状态及变化率计算及故障信息存储。图2示出各组成部分对输入信号的处理方式。

2 根据输入条件设计测试用例

通过输入条件分析，设计3项测试用例，验证加速踏板信号处理策略在系统集成测试时是否有缺陷。

2.1 信号相关性测试

此设计是基于某型号加速踏板参数设计，该加速踏板2路信号的线性度起始位置分别为（15±2）%，（7.5±2）%，线性度终止位置分别为（91.8±3）%，（45.9±3）%。因此设计测试用例时，每路信号设计3种情 况 ， 分 别 为 AccPedal_Normal，AccPedal_Max，AccPedal_Min，如图3所示。

图3中，AccPedal_Normal是正常情况下加速踏板的开度与输出电压的对应关系；AccPedal_Max是加速踏板信号为最大限值时的开度与输出电压的对应关系；AccPedal_Min是踏板信号最小限值时的开度与输出电压的对应关系。

测试过程有9种组合方式：

1）AccPedal_Normal_1 与 AccPedal_Normal_2；

2）AccPedal_Normal_1 与 AccPedal_Max_2；

3）AccPedal_Normal_1 与 AccPedal_Min_2；

4）AccPedal_Max_1 与 AccPedal_Normal_2；

5）AccPedal_Max_1 与 AccPedal_Max_2；

6）AccPedal_Max_1 与 AccPedal_Min_2；

7）AccPedal_Min_1 与 AccPedal_Normal_2；

8）AccPedal_Min_1 与 AccPedal_Max_2；

9）AccPedal_Min_1 与 AccPedal_Min_2。

该9种组合方式能够完全涵盖正常传感器的输出情况，在HIL的上位机操作页面上对每路加速踏板的3种情况进行配置，能够得到9种组合的结果，通过对9种结果进行分析，组合方式3，7，8未通过测试。

1）组合方式3。测试结果为：怠速5.1 km/h；整车控制器内部策略（VMS）发送的油门踏板开度在16%以下，可以加速，但如果≥16%，VMS发送的油门踏板开度自动变为0，测试不通过。

2）组合方式7。测试结果为：怠速5.1 km/h；VMS发送的油门开度在9%以下，可以加速，但如果≥9%，VMS发送的油门开度自动变为0，测试不通过。

3）组合方式8。测试结果为：怠速5.1 km/h；VMS发送的油门开度在82%以下，可以加速，但如果≥82%，VMS发送的油门开度自动变为0，测试不通过。

从测试结果可以看出，以上3种组合方式测出加速踏板信号处理策略缺陷。给出的测试建议为：VMS应该满足在油门踏板的线性误差内均能正常响应加速踏板动作，而不是对开度进行限制。

2.2 整车控制器对油门踏板故障注入后的响应

根据输入条件所述，加速踏板2路模拟量信号其中有一路出现短地或短电源的情况，将对加速踏板的开度做限幅处理，最大为25%；如果2路信号均出现短地断电源的情况，则将踏板开度限制到0。以此为依据，在HIL的上位机操作页面上进行设置，得出如下测试结果：

1）当2路信号分别短接GND时，操作加速踏板开度能限制到25%。如果都接地，整车控制器不响应加速踏板开度，汽车只能怠速，满足设计需求。

2）当2路信号分别短接电源（即2路信号电压≥4.7 V）时，操作加速踏板开度能限制到25%。如果都接地，整车控制器不响应加速踏板开度，汽车只能怠速，满足设计需求。

3）当2路信号分别断开时，操作加速踏板开度能限制到25%。如果都接地，整车控制器不响应加速踏板开度，汽车只能怠速，满足设计需求。

4）模拟加速踏板传感器损坏，某一路输出为定值，另一路正常。当第1路信号与第2路信号达到2倍关系时，汽车会突然加速，造成安全隐患，此种测试用例条件下，加速踏板控制策略未考虑到此种特殊情况，测试人员需要把该风险反馈给策略制定人员，让其评估是否应该改正。

2.3 CAN信号对加速踏板动作后的响应

测试加速踏板动作后，查看与之对应的CAN信息是非常必要的。一是查看整车控制器CAN信号针对加速踏板输入信号的响应时间，二是查看整车加速针对加速踏板的CAN信号的响应时间。图4示出HIL上模拟加速踏板操作显示界面。图5和图6均为图4的部分截图。其中，红线为HIL上模拟出来的加速踏板传感器开度；蓝线为整车控制器中CAN信号对输入的加速踏板开度进行的响应；绿线为HIL系统针对加速踏板开度响应出的车速。图5示出加速踏板动作后整车控制器的CAN信号的响应时间。分析图5可以看出，加速踏板操作与整车控制器的CAN信号的响应时间为0.04 s，正常情况下应该为＜50 ms。图6示出整车控制器的CAN信号与整车车速响应的时间。从图6中可以分析出，整车控制器CAN信号响应后，整车车速响应的时间间隔为0.25s，正常情况下应该为＜150ms，分析原因，可能与控制策略中信号滤波策略有关，应该将此情况及时反馈给策略制定人员，让其评估是否应该改正。

3 结论

文章将HIL测试引用到新能源车整车控制策略测试中，HIL测试先于实车测试，由于HIL测试的灵活性和操作的方便性，能够很快发现整车控制策略中存在的问题。如文章所示的测试用例，由于很难在实车试验时，对加速踏板传感器的输入进行调整，因此不容易发现一些隐藏的问题。这些隐藏的问题如果能够在前期HIL集成测试时发现，不仅能够在前期测试时发现尽可能多的问题，而且通过HIL，测试工程师能够向策略制定工程师提出改进思路，策略工程师修改完毕后再进行HIL测试验证改进策略，形成良性循环，使产品在测试阶段逐渐完善，进一步提高产品质量，因此将HIL测试引用到新能源车整车控制策略中是非常必要的。