基于汽车电器系统集成测试研究
摘要：阐述汽车电子电器系统集成测试作为汽车研发过程中的重要环节，对提升汽车产品质量起着重要的作用。文章从工作方法和测试内容方面探讨了如何有效发挥系统集成测试的作用，并预测了未来电子电器系统集成测试的发展方向。结合实际工作，所阐述内容在某整车厂成功运用，取得了良好效果。
本文源自轻型汽车技术,2020(Z3):32-36.《轻型汽车技术》(月刊)创刊于1973年，由南京汽车集团有限公司、江苏省汽车工程学会、南京汽车行业协会主办。杂志是目前国内唯一的轻型汽车技术领域的，以从事轻型汽车设计制造的工程技术人员为主要服务对象的技术性刊物，同时兼顾其它车种及汽车相关行业的工程技术人员。
1、引言
汽车电子电器系统系统集成测试就是在正式的样车试制前，将整车所有的电子电器系统集成到测试台架(Labcar)上，仿真各种测试环境，使用标准的测试规范对于整车电子电器零部件和系统的功能、性能、网络及诊断等主要方面进行测试和验证，及时发现问题并提出解决方案，督促工程师和供应商及时整改，有效减少整体开发和测试成本、降低电子电器系统的故障率和确保电子电器系统的交付质量。主要工作包括：搭建系统集成测试平台，配置和优化集成测试系统，进行零部件功能、系统功能以及零部件功能信号的测试等，生成测试报告并保持跟踪，装车工程支持和现场排障。
在汽车市场快速发展的今天，提高汽车产品质量，合理降低成本，快速推出新产品新技术，赢得越来越多消费者的青睐，是各汽车厂商占领市场的有效方法。产品成整车电子电器系统集成测试，直接影响产品研发周期的长短，进而影响质量和成本。建立科本文结合实际工作经验，阐述了测试流程V模型各个阶段工作顺序和内容，对系统集成测试的内容进行了概括和分类说明，并对集成测试未来发展趋势作出预测，分析结果对提高系统集成测试水平有着重要意义。
图1系统集成测试V模型
2、电子电器系统集成测试V模型
电子电器系统集成测试需要贯穿于整车开发的各个阶段，“V”字形开发模式，是目前汽车OEM所普遍采用的一种产品开发模式，系统集成测试也基本遵循“V”模型，分层次进行，保证测试的及时性和可靠性。传统的系统集成测试主要集中在“V”模型虚线下半部分，为了更早的在前期发现问题，同样为了在项目后期进行改进和项目经验总结，测试环节也需要覆盖“V”模型虚线以上部分(如图1)。图2为步进电机的工作时序图，实际应用中，主要采用脉冲细分技术—微步驱动模式。
图2LABCAR测试台架
2.1电器架构验证阶段
系统集成测试不仅是跟随性地对已有设计进行测试，设计前期系统集成测试工程师参与车型功能配置讨论分析，根据积累的测试经验从系统角度出发，对每项功能实现策略的合理性进行评估验证，利用开放的虚拟台架验证设计策略的合理性和准确性，为最终的产品质量奠定良好的基础。目前已经有可以支持架构验证的软件，各整车厂可根据实际的项目特点考虑引进验证体系。
2.2原型车改装支持
在架构设计完成后，需要装配原型车辆进行部分前期功能验证。测试工程师根据试验车的试验目的以及确定好电气系统改制方案，参与现场改装，试验过程中提供电气系统技术支持和排故。
2.3测试平台搭建以及工程造车排故
图1系统集成测试V模型虚线下部是系统集成测试的重要组成部分。主要分为装车前的测试和装车支持两部分。
图3HIL仿真测试机柜
装车前的测试包括:LABCAR台架测试规划、搭建LABCAR测试台架、系统分析、集成测试、LABCAR台架升级等内容。概括地讲是在正式的样车试制前，将整车所有的电子电器系统集成到LABCAR台架上(如图2)，仿真各种测试环境，使用标准的测试规范对于整车电子电器零部件和系统的功能、性能、网络及诊断等主要方面进行测试和验证，及时发现问题并提出解决方案，督促工程师和供应商及时整改，有效减少整体开发和测试成本、降低电子电器系统的故障率，确保电子电器系统的交付质量。
为了提高测试的覆盖度，可以在台架中引进动力系统硬件在环仿真(HIL)，进行动态测试。图3为HIL硬件在环仿真机柜，尽可能逼真地模拟汽车电子电器系统真实的工作环境，如模拟车辆点火、转速、速度等启动后的状态。如某公司的电子电器系统集成测试平台采用硬件(NI)来产生和接收实际的汽车执行器和传感器信号，采用软件(MATLAB/Simulink)来模拟各动力系统的运行情况。NI硬件为软件模型和测试系统提供了实时接口，通过它实现车辆仿真环境与真实环境的连接，构成测试所用的汽车电子电器系统实时环境。Veristand软件提供了基于图形化的用户界面，可以很方便地实现基于模型测试和定义，人机交互，仿真的某些参数在人机界面上可以实时调试。基于MATLAB/Simulink的测试仿真模型为实时仿真测试提供了虚拟的测试仿真环境。
装车支持是指在试制造车阶段，测试人员在试制试验车间参与下线车辆的测试，及时发现在台架测试阶段未发现或测试台架无法发现的问题，进行反馈改进。
2.4售后支持和改进
主要针对车辆上市后，测试工程师介入跟踪市场反馈的问题，评审是否存在前期测试未发现的“漏网之鱼”，制定避免此类问题再次产生的改进措施，如增加测试案例，设计文档更新等。
2.5问题跟踪和改进机制
良好的问题跟踪和改进机制，可有效推进问题的解决，降低设计成本和开发时间。某整车厂采用了基于Internet的在线故障跟踪机制，与传统的离线方式问题跟踪清单相结合，推动问题的快速解决。对于那些重要级别低或是已发现根本原因可以很快解决的问题，可使用电子电器问题跟踪清单进行跟踪排查，记录问题产生的根本原因和解决措施;对于重大复杂的问题，采用基于Internet的在线故障跟踪机制，自动跟踪问题的解决情况，同时对于长时间未解决的问题自动报警提醒，推动问题的彻底解决。通过该体系的建立，有效推动了问题的解决，促进了产品质量的提升，减少了因故障导致的市场抱怨。
在完成一个车型的系统集成测试后，测试工程师根据整个测试过程中遇到的各种问题进行测试总结，如测试成本、测试案例分析、需要改进的流程、重大问题分析等形成项目总结。测试工程师可组织相关研发人员召开探讨会议，对项目总结涉及到的设计文档进行完善，有效避免后续车型开发中问题重复发生。
表1系统集成测试内容
3、电子电器系统集成测试内容
在科学的测试流程规范下，制定合理而全面的测试规范，是保证集成测试质量的一项重要工作。根据各零部件的功能和整车控制逻辑，开发有针对性的测试规范，根据测试规范及相关标准进行测试。按照测试类型可包含以下几类，表1为系统集成测试内容分类。
3.1功能测试
功能测试主要包括整车级集成功能测试、系统级集成功能测试、接口测试、用户感知测试、误用滥用测试、故障处理测试、过压测试等。这部分测试从试制造车前的台架测试开始，到试制造车，再到小批量生产一直持续到车辆上市阶段。
整车级集成功能测试规范规定了整车层面跨系统功能测试的范围和方法。由于各控制器开发周期的不尽相同，造成前期零件开发状态的不同步，因此该阶段关注的是系统性功能的“有没有”，保证整车电气零件的正常运行。对没有实现的系统功能进行记录跟踪，避免检查工作的重复进行，并出具装车推荐报告，对各系统的状态进行评估，为其它环节的验证试验提供依据。系统级集成功能测试是待零件开发状态相对稳定之后，以零件所在系统为关注点，以设计规范为依据详细测试各系统功能实现的准确性，同时评估系统功能的合理性，不仅仅关注该功能“有没有”，同时关注该功能“优不优”，严格把关系统设计的准确性和合理性，从工程师和用户多角度验证系统功能，提高产品的质量和用户满意度。
接口测试包括硬件接口和软件接口，硬件接口主要关注输入输出的匹配，软件接口主要关注信号的交互。为了完成一个跨系统的功能，多个不同的信号通过不同的接口传至同一个控制器，应该测试各接口间的电路匹配、软硬件信号的同步性以及定义的一致。另外当某信号通过接口时，应该测试此信号是否由于受到某些因素(如整车电压变化)的干扰而失真甚至丢失，从而保证系统信号传输的准确性和稳定性。
用户感知测试从测试人员、车间工人、维护人员、消费者、售后服务人员等多角度出发，规范了车辆在使用过程中的实际感受和考核标准，以用户感知的满意度衡量车辆设计的成功与否。它主要包含以下5个方面:(1)用户感知的基本功能测试，即用户启用某车载功能后，是否有对应的功能开启;(2)用户感知的声音功能测试，开启功能时应有的声音是否产生，声音的产生是否舒适;(3)内部灯光的缠身是否统一，是否舒适;(4)开关零件使用手感是否良好，灵敏度、设计逻辑等是否满足用户的要求;(5)整车功能操作区域划分是否符合一般用户期望，操作是否方便。误用滥用测试包含误用和滥用两个方面：误用是指驾乘人员在使用车辆过程中异常的或不正确的操作;滥用即频繁、过度地使用某一项功能或某一系统。以不同的使用工况为依托规范了系统集成测试中需要考虑到在非正常操作中产生的预期操作，确保非正常操作时既能给用户必要的警示又不能影响确保驾驶员安全的基本功能，同时在操作恢复后能正常的使用相应的功能。故障处理测试规范如何选取失效模式场景，对系统发生失效时进行反复测试，寻找可能导致失效的各种情况，从而从设计进行警示，减少因失效模式给用户带来的不便和困扰，从用户角度出发，体现产品设计中以人为本的宗旨。过压测试规范了在系统高负荷运行环境等情况下的测试内容，用于测试系统在这些场景和环境中是否能够正常工作，体现产品的过压承受力和鲁棒性。
3.2性能测试
整车电气系统性能测试(VEST)。主要在台架上进行前期的部分测试，试制造车阶段EP1和试制造车阶段EP2制造的工程车上进行实车测试。在汽车使用生命周期内，由于整车电气负载、接地点、线束、保险丝等电气系统设计不合理，导致不必要的能量消耗、电气系统性能下降、电气功能失效等问题。加之电气系统的老化，以及恶劣的工作环境，在车辆实际使用过程中，整车电气系统会产生不可预知的电气故障。VEST测试，是为了验证整车电气系统的性能，以及在极端电气环境下，电气系统失效带来的影响，并通过测试结果改进电气系统的设计方案，从而保证整车电气系统在使用寿命内的可靠性、稳定性和安全性。主要包含以下测试内容:
1)整车静态电流测试;
2)整车待命状态电流测试;
3)电气回路电流及电压降测试;
4)整车接地性能测试及接地点移除造成电气功能紊乱确认测试;
5)保险丝熔断性能测试及保险丝缺失造成电气功能失效确认测试;
6)整车电压相关的功能测试。
每项测试内容都有相应的技术规范对其操作方法及评价结果进行详细描述与规定。
3.3诊断测试
诊断测试规范制定了关于系统参数配置、软件刷新、DTC测试、I/O控制测试、传输层测试和服务层测试。诊断分为以下3个阶段:(1)装车测试:为试制和试验应用进行的功能测试，包括诊断故障代码、控制器输入/输出数据、配置参数和零件物流数据;(2)应用测试:为制造和售后应用进行的功能测试，需要测试工程师模拟制造和售后应用环境，对诊断需求和诊断数据进行测试;(3)验收测试:对所有需求进行验收测试，包括企业标准、诊断故障代码设计和诊断规范中定义的所有诊断数据进行验收测试。
3.4网络测试
网络测试内容主要包括:物理层测试、通信层测试和网络管理测试。测试阶段与功能测试可同步进行。该部分测试根据整车网络测试规范，对整车网络进行认证。包含整车地CAN总线测试以及LIN线测试，测试过程涉及到了网络管理、网络负载、一致性测试及总线故障处理等。
3.5电磁兼容测试
电磁兼容测试主要在试制造车阶段EP1和试制造车阶段EP2制造的工程车上进行实车测试，目前很多OEM已经在前期零件设计中增加硬件评审和电磁兼容仿真等工作。电磁兼容测试分为EMI测试和EMS测试。EMI(不对周围环境或系统造成影响)测试包括车外辐射发射、干扰车载接收机。EMS(能够承受外界电磁环境的影响)测试包括射频电磁场辐射抗扰试验、手持无线电抗扰、静态放电、电源叠加脉动、瞬态脉冲、带状线等试验。
4、电子电器系统集成测试发展方向预测
整车厂对车身电子电器测试越来越集成化。对于整车厂，电子电器测试的核心内容在于集成性的系统测试，也即在具备整车集成优势的情况下，通过借助测试平台对整车电子电器零部件进行组装模拟整车装车环境。在整车装车前即完成系统集成测试。建立平台性的系统集成测试环境服务于整车研发过程，已经成为一种必然趋势。
测试覆盖范围不断扩大，测试案例越来越丰富。在以往的车身电子电器系统测试过程中，由于种种原因如:极限测试、失效测试，或在真实环境中测试费用较昂贵等，很多测试难以进行。随着电子技术的不断发展，目前各大整车厂都不断引入新技术，模拟实际的汽车使用环境，而不会产生实际危险。在保证测试的安全性及可靠性基础上，逐步覆盖多种测试环境，测试范围不断扩大。
测试手段越来越自动化、智能化。通过引进新的测试硬件和软件，可自动完成部分测试工作，降低成本，提高测试效率。
电子电器系统集成测试的纵向发展和横向交叉。系统集成测试将贯穿于整车电子电器开发的始末，已经成为一种必然。随着整车电子电器技术的发展，零件可以在不同车型上进行移植和复用，而不同车型之间的交叉测试，对于问题的发现和测试经验的分享推广具有重要的意义。
本文结合实际工作经验，深入思考分析，对系统集成测试从工作方式、测试内容等方面进行了归纳总结，从技术、体系、效率多方面入手，探讨如何有效发挥系统集成测试的作用，归纳总结了高效工作的方式方法，并对未来电子电器系统集成测试的发展趋势作了大胆预测。希望能为电子电器测试技术的发展贡献一份力量，进而在降低整车研发成本，提高汽车质量方面起到积极作用。
参考文献:
[1]朱德康.汽车电气系统集成测试管理技术的研究[J].山东工业技术,2009,31(8):719-724.