Обзор основных методов функциональных испытаний электронных блоков управления автомобиля

В работе представлен краткий обзор следующих методов функционального испытания электронных блоков управления автомобиля:

• полунатурные испытания в среде HIL;
• натурные испытания в условиях различных стендов;
• натурные испытания в условиях транспортного средства.

1. Испытание в среде HIL – полунатурные испытания (HIL тестирование)

HIL тестирование предназначено для функционального испытания аппаратной системы управления (электронного блока управления) и его программного кода (алгоритмов управления), интегрированного в аппаратную среду (Электронный блок управления).

Метод полунатурных испытаний в среде HIL основан на симуляции окружения вокруг электронного блока путем генерации сигналов, в реальном времени, формировании нагрузок на соответствующих аппаратных выходах ЭБУ специализированными модулями ввода/вывода, и измерении сигналов на соответствующих выводах ЭБУ, включая цифровые и аналоговые линии, шины данных (CAN, LIN, Ethernet, K-line и др.). Типовая схема подключения ЭБУ к HIL системе изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Типовая принципиальная схема подключения ЭБУ к HIL

В концепции функционального испытания электронная система или электронный блок управления (ЭБУ) рассматривается как «черный ящик», где внутренняя логика устройства остается закрытой.

Закон формирования задающих сигналов основан на общем сценарии испытаний, исходя из заданного функционала ЭБУ и перечня необходимых тестовых воздействий, согласно перечня функции технических требований (ТТ).

Проверка выполнения ожидаемой реакции ЭБУ на воздействия со стороны HIL системы может выполняться путем формирования сценария испытания, в котором указываются следующие данные:

• входные параметры, либо сигналы – перечень входов ЭБУ, либо сигналов шин данных для воздействия на ЭБУ (см. таблицу 1);
• условия – перечень значений задающих сигналов для выполнения соответствующей функции ЭБУ и как следствие – активацией соответствующего выхода ЭБУ либо сигнала шины данных от ЭБУ;
• ожидаемая реакция – описание ожидаемого результата для сравнения фактической реакции и заданной и заключения о выполнении функции согласно ТТ.

Испытание ЭБУ основано на тестовом сценарии в среде управления полунатурным стендом. Алгоритм воздействия на ЭБУ может быть основан на математической модели окружения, созданной в среде Matlab/Simulink, либо программного кода (С/С++/С#, CAPL, Python и т.п.), скрипта либо графического интерфейса пользователя и описывается следующим образом:

HIL стенд формирует заданный сигнал на определенный вход ЭБУ, с заданным значением, согласно условий ТТ. После формирования сигнала выполняется проверка результата выполнения функции согласно ожидаемого результата, путем считывания значения сигнала с заданного выхода ЭБУ либо сигнала шины данных (либо нескольких выводов ЭБУ или сигналов шин данных). В случае успешного выполнения функции – тест считается пройденным. В случае не выполнения функции – тест считается не пройденным.

Процесс формирования элементарных воздействий можно разделить на ряд действий: получение параметра из сценария тестирования, формирование программной переменной (значения переменной) в среде выполнения тестов, передача программной переменной среду реального времени, обработка переменной, формирование заданного физического сигнала на цифро-аналоговых преобразователях плат ввода/вывода, формирование физического сигнала на контакты ЭБУ.

Обработка полученных значений от ЭБУ заключается в передаче сигнала от ЭБУ на аналогово-цифровые преобразователи плат ввода/вывода, формирование цифрового значения физического сигнала к системе реального времени, формирование программной переменной, передача в среду выполнения тестов значения сигнала, сравнение текущего значения сигнала с заданным значением, выдача результата теста (см. Рисунок 2). Перечни элементарных воздействий и считываемых сигналов указаны в таблицах 1 и 2.

Рисунок 2. Структурная схема HIL системы

Таблица 1.

Перечень задающих элементарных воздействий в среде HIL

Таблица 2.

Перечень считываемых типов сигналов

2. Стендовые испытания

Данный вид испытаний осуществляется на специальных испытательных стендах, которые обеспечивают стабильное воздействие на объект тех или иных факторов (нагрузки, температуры, механического воздействия, влажности и т. д.). Испытываться могут как целые механизмы, так и их отдельные узлы, системы (например, двигатели внутреннего сгорания). Компании, производящие автомобили, также используют стенды в виде макетов целого автомобиля, включающий в себя электронной архитектуру автомобиля - электронные блоки управления, жгуты, органы управления, установленные на полноразмерном каркасе. Условия испытаний в данном случае максимально приближены к условиям работы компонентов на автомобиле, т. к. все системы взаимодействуют друг с другом.

Отличие данного метода от HIL тестирования заключается в анализе функционала по фактической реакции ЭБУ на воздействие, оказываемое как от других ЭБУ, так и от оператора стенда.

В данном методе испытаний применяется так же органолептический метод анализа работы ЭБУ. Данный метод применяется для:

• визуального определения управления исполнительными механизмами, такими как заслонки, сервомоторы, приводы, сигнализаторы;
• работы индикации системы – фоновой подсветки, индикации клавиш и т.п.
• наличия посторонних шумов, не связанных с выполнением заданной функции ЭБУ;
• проверки звуковой сигнализации или генерации звуковых волн.

Воздействие на ЭБУ осуществляется путем активации штатных органов управления в составе стенда.

При недостаточном покрытии окружения ЭБУ стендом, возможно применение сторонних генераторов сигналов, источников питания, а также комбинирование испытаний с HIL стендом, применением CAN/LIN/K-line адаптеров связи для формирования недостающих сигналов. На рисунке 4 представлена схема частичной виртуализации системы, путем симуляции ряда электронных систем, как в программной среде, так и в условиях HIL системы и взаимодействии виртуальных ЭБУ с реальными, в составе стенда.

Рисунок 3. Схема виртуализации компонентов электронной сети

3. Испытания в составе автомобиля.

Натурные испытания электронных систем – испытания в составе транспортного средства, представляют собой перечень воздействий на органы управления в автомобиле и фиксирование результатов работы функций исследуемых систем, согласно технических требований на систему, сравнение полученного результата работы алгоритмов системы с заданным в техническом задании.

Испытания систем и компонентов в составе автомобиля выполняются на специализированных участках либо полигонах.

Метод испытания в составе автомобиля применяется после всех предыдущих методов, либо в случае, когда их применение невозможно.