DCT电控系统硬件在环自动化测试平台研究与应用

陈志新 曲白雪 张荣辉 孙名扬 郑岩

（中国第一汽车股份有限公司技术中心，长春 130011）

DCT电控系统硬件在环自动化测试平台研究与应用

陈志新 曲白雪 张荣辉 孙名扬 郑岩

（中国第一汽车股份有限公司技术中心，长春 130011）

搭建了双离合器自动变速器（DCT）控制器的硬件在环测试平台，结合实际项目对自动化测试过程进行说明，利用模块化的测试库快速搭建逻辑测试序列，采用参数化设计实现测试序列的重用，通过编写脚本实现Excel和Automation⁃Desk的交互，使自动测试结果更直观。结合故障注入中的应用实例，验证了自动化测试的效果，表明该平台能够在项目开发中快速、有效地验证DCT控制策略，提高控制软件的质量。

1 前言

随着汽车控制系统的功能不断增加，汽车控制技术也变得越来越复杂。硬件在环（Hardware In Loop,HIL）测试作为一种先进的仿真技术，已广泛应用于自动变速器控制系统的开发。在双离合器自动变速器（Dual Clutch Transmission，DCT）电控系统开发过程中，采用硬件在环测试技术可以快速有效地开发、验证和优化控制策略，对故障处理策略进行验证，减少实车路试的次数，提高DCT电控系统的可靠性[1]。

目前，关于DCT电控系统的HIL仿真测试的研究主要集中于对DCT控制策略的仿真验证和硬件在环平台的搭建。然而，在DCT开发过程中，软件版本的不断更新导致重复测试的工作量大，难以满足快速开发的需求，采用自动化测试具有准确可靠、一致性和复用性好等优点，能够大大提高测试效率[2～3]。

本文介绍了在DCT电控系统开发过程中，基于硬件在环测试系统的自动化测试平台的研究与应用，提出了一种参数化设计测试序列的自动测试方法，实现了对DCT控制策略的快速验证。

2 硬件在环测试

2.1 硬件在环测试系统

本文使用的硬件在环测试系统由整车系统模型、dSPACE硬件、PC机的ControlDesk控制平台、监控工具CANape、被测控制器TCU组成，如图1所示。

图1 硬件在环测试系统示意

基于MATLAB/Simulink建立车辆仿真模型，模拟车辆在被测控制器TCU控制下的运行情况，包含发动机模型、传动系统模型、车辆动力学模型、驾驶员和道路模型，其中，车辆的传动系统模型为TCU控制策略的测试提供了仿真平台。

dSPACE系统与MATLAB/Simulink进行无缝连接，利用实时代码生成工具箱（Real-Time Workshop,RTW）模块实现代码的快速生成和下载，利用实时接口（Real-Time Interface,RTI）模块实现车辆仿真模型与dSPACE接口之间的连接。dSPACE系统通过硬件接口输出TCU所需的传感器信号，接收和采集TCU发出的执行器信号。CANape从TCU读取信息，实时监控硬件在环测试系统。基于ControlDesk软件开发了试验界面，如图2所示，用于控制和实时观测车辆模型实时仿真，基于AutomationDesk软件实现自动化的硬件在环测试[4～5]。

图2 ControlDesk试验界面

2.2 测试用例的设计

DCT电控系统的硬件在环测试需根据软件需求文档和设计说明来分析测试需求。测试内容主要包括传感器、执行器和网络通讯等信号接口测试，换挡、爬行、起步等基本功能静态测试，正常挡位切换动态测试，滥用操作，故障注入静态测试，故障注入动态测试等。

具体的测试用例采用等价类划分方法、边界值分析方法、错误推测方法等测试技术进行设计，每条测试用例应包括测试用例ID、测试点名称、测试用例、重要级别、预置条件、操作步骤、预期结果。其中，测试用例设计应详细描述各测试用例的测试动作，以及各测试动作执行后所期望的测试结果[6～7]。

2.3 硬件在环测试过程

在AutomationDesk测试软件中，按照测试用例的预置条件和操作步骤编写测试序列，与ControlDesk控制平台共同实现对车辆仿真模型的实时控制，模拟测试动作执行，同时调用CANape采集TCU数据，编写测试脚本，根据采集到的数据自动判断实际测试结果与预期结果是否一致，硬件在环系统测试原理如图3所示。

图3 硬件在环系统测试原理示意

3 自动化测试

3.1 自动化测试的实现

加速升挡是DCT的重要功能之一，由于测试过程相似，本文以DCT控制系统加速升挡功能的测试为例说明自动化测试的实现过程[8～10]。

DCT电控系统的加速升挡功能即为驾驶员踩下油门踏板加速时，根据当前车速和油门踏板开度选择合适挡位，能够实现自动升挡，加速升挡功能测试用例如表1所示。

表1 加速升挡功能的测试用例

DCT硬件在环自动化测试引入逻辑测试用例概念，在AutomationDesk搭建加速升挡逻辑测试序列，进行参数化设计，通过Excel导入具体测试用例的测试参数，通过Excel调用测试脚本，自动执行测试用例，生成测试报告。

加速升挡功能的逻辑测试序列主要分为3部分，如图4所示。测试序列初始化（TestInit）实现用例文档中的预置条件，包括系统上电、启动发动机、踩制动踏板、挂P挡、连接CANape，已形成专用测试库，不需更改；测试部分（TestCase）实现具体的测试内容，包括操作步骤、结果判断；测试序列清除（TestCleanUp）实现测试环境的恢复，包括断开CANape连接、踩制动踏板、挂P挡、发动机熄火、系统断电，已形成专用测试库，不需更改。

图4 逻辑测试序列结构

其中，测试部分为逻辑测试序列的核心内容，在AutomationDesk中运用Python脚本和图形化的测试模块库进行搭建，具体步骤为：CANape数据采集；挂D挡；踩油门，等待当前挡位为操作步骤所需挡位；踩油门，等待目标挡位；等待换挡完成；结束数据采集；按预期结果对采集数据进行判断；在自动测试报告中增加数据曲线。上述每个步骤所对应模块都可在DCT专用自动测试库中找到，直接拖拽即可完成自动测试序列搭建，大大缩减了搭建时间。

逻辑测试序列搭建完成后，设置加速升挡功能的测试参数：控制车辆运行状态的测试参数，包括AM模式（AMmode）、当前挡位（CurGear）、目标挡位（TgtGear）、油门开度（Pedal）；结果判断的测试参数，用于结果判断的变量（TransName）和数值变化范围（TransVal）；为便于测试用例和Excel测试参数的对应，还增加了测试用例ID（TestID）。测试参数设置如表2所示。通过参数化设计，此逻辑测试序列可实现不同油门开度、不同挡位的加油升挡测试。

表2 加速升挡功能测试参数设置表

测试执行过程可自动进行，通过编写脚本实现Excel自动调用AutomationDesk，在Excel中设置测试参数后，可以自动写入已搭建的逻辑测试序列中，测试执行完毕后将测试结果返回Excel，如表2所示，并可链接和查看自动生成的测试报告。

3.2 自动化测试的执行结果

对自动模式4挡升5挡进行测试，即执行表2中的测试用例ID2，可以自动对测试结果进行判断，换挡方式（ScoShiftKind=2）为动力升挡，换挡类型（ScoShift⁃Class=26）为动力4挡升5挡，如表3所示。

表3 加速升挡功能测试结果判断

测试过程中的数据采集曲线如图5所示。4挡升5挡的过程为：奇数轴挂入5挡；离合器充油；扭矩交换；对发动机进行调速。由图5可以看出，4挡升5挡功能正常实现。

图5 加速升挡功能测试曲线

3.3 自动化测试的可维护性

自动化测试平台的搭建过程中已逐渐形成了DCT自动测试专用库，针对DCT的测试需求进行编写，覆盖了DCT测试所需的各种操作，利用Python脚本和AutomationDesk自身的模块库实现，如手柄操作、数据采集、预期结果的判断模块等，测试序列搭建时仅需添加所需模块即可。

利用Excel设置测试参数，使测试更加直观，可读性较好。在Excel中针对每组测试和每条测试都可配置是否执行和执行次数，便于自动测试的管理。同时，通过测试用例ID的对应可方便地对测试进行追踪和维护，在测试需求变更时，针对一组测试用例，仅需修改逻辑测试用例，大大缩减了维护测试用例所需的时间。

基于本文所述的DCT电控系统自动化测试平台，可匹配不同平台的DCT电控系统，基本的信号接口测试如传感器、执行器功能测试，加速升挡功能测试，减速降挡功能测试，故障处理测试等都可直接复用和移植，在已有的逻辑测试用例和Excel测试参数基础上进行修改，大大降低了测试用例复用的工作量。

4 自动化测试在故障注入中的应用

故障注入测试是验证DCT电控系统安全性的重要手段，使用人工手段进行故障注入测试的成本高，重复工作量非常大，采用本文所述的硬件在环自动化测试平台可以快速、有效地完成大量的故障注入测试，以脱挡故障注入测试为例进行说明。

为测试DCT电控系统对脱挡故障的处理策略，设计了在换挡过程中各个阶段脱挡的测试用例，首先搭建逻辑测试用例，在目标挡位给出后，等待一定时间（Wait⁃Time），设定拨叉位置为一定值（ForkPosition），即注入脱挡故障，其中WaitTime和ForkPosition为测试参数，重用这一逻辑测试序列，设置不同的测试参数，即可快速完成换挡过程中各阶段发生脱挡时故障处理策略的测试。

测试中发现，在扭矩交换过程中发生脱挡时，发动机转速不受控，可能发生超速，如图6所示。

图6 脱挡故障时出现问题的测试结果

经过分析，发现在扭矩交换过程中发生脱挡时，会立刻分离奇、偶离合器，但没有考虑到对发动机进行扭矩限制。更改后进行回归测试，测试曲线如图7所示，发生脱挡后，在分离离合器的同时立即对发动机进行限扭，避免了发动机超速的可能。

图7 脱挡故障处理更改后的测试结果

5 结论

本文所述的自动化测试平台能够快速搭建测试序列，操作简单灵活，通过编写测试脚本实现Excel和AutomationDesk交互，使自动测试更直观，能够有效地对测试质量进行评估。利用Excel进行测试管理，可在无人干预的情况下自动执行一系列测试用例。引入逻辑测试序列，采用参数化设计，实现了测试用例的重用，减少了测试用例的实际开发量，也降低了不同DCT软件平台的测试复用工作量，大大降低了测试成本。

1 赵治国，刁威振，王琪，等.干式DCT控制系统硬件在环仿真试验台开发.汽车工程，2012，34（11）：1024～1032.

2 孙贤安，吴光强，姜超，等.人-车-路闭环系统中的双离合器式自动变速器车辆换挡规律.汽车技术，2014（7）：18～23.

3 姜超，焦伟，易飞.DCT硬件在环仿真系统平台设计.上海汽车，2010（10）：23～26.

4 马培蓓，吴进华，纪军，等.dSPACE实时仿真平台软件环境及应用.系统仿真学报，2004，16（4）：667～670.

5 俞志华，乔婷，付金勇，等.基于dSPACE的汽车座椅记忆模块自动化测试平台.中国汽车工程学会年会，上海，2015.

6 黄永逸，马增辉，郑韩麟，等.汽油机ECU HIL自动化测试的实现.中国汽车工程学会年会，上海，2014.

7 宋长营，李大明，王欣伟.电控系统HIL自动测试平台开发与研究.内燃机与动力装置，2015，32（1）：70～73.

8 叶婷，刘莹，郑韩麟.一种车身控制器HIL自动化测试的实现方法.中国汽车工程学会年会，上海，2015.

9 田真，黄小枫，李志成，等.整车控制器硬件在环测试流程及测试用例库设计.汽车工程学报，2014，4（3）：207～212.

10 温剑锋，陈朋，王云鹏，等.复用技术在铁路软件测试的应用研究.中国智能交通年会，广州，2014.

（责任编辑 斛 畔）

修改稿收到日期为2017年3月20日。

Research and Application of HIL Automatic Test Platform for DCT Control System

Chen Zhixin,Qu Baixue,Zhang Ronghui,Sun Mingyang,Zheng Yan
（China FAW Corporation Limited R&D Center,Changchun 130011）

The Hardware-In-Loop(HIL)test platform of the Dual Clutch Transmission(DCT)controller was built.In combination of practical program to interpret the automatic test process,and using modular test library to rapidly establish logic test sequence,and by using parameterized design to realize reusing of test sequence,through writing script to realize interaction of Excel and AutomationDesk,which makes the automatic test results more intuitive.In combination of practical example injected with faults,the effect of automatic test was verified,which show that the platform can rapidly and effectively verify DCT control strategy in project development,and improve quality of control software.

HIL,DCT,Automatic test

硬件在环 DCT 自动化测试

U467.5+2

A

1000-3703（2017）07-0001-04