联合仿真模型的汽车网关自动化测试系统设计

李璐 张明路 刘欢 张改萍 张小俊

Automobile Technology - - Qiche Jishu - (责任编辑 文楫2017 11 1修改稿收到日期为 年 月 日。

【摘要】针对现有手动汽车网关模块测试效率低的问题,设计了一种联合 Simulation Model的自动化网关测试系统。该系统通过定制的测试配置盒配置测试环境,通过 CANoe建模语言CAPL编写测试脚本,联合 CAPL编写整车仿真模型程序,实现对网关模块的自动化测试。与手动测试对比,该自动化测试系统可最大限度地还原实车状态,测试内容更全面,测试效率更高,无关信号丢帧率为0%。 主题词:汽车网关 自动化测试 仿真模型U462.1;TP271 A中图分类号: 文献标识码: DOI: 10.19620/j.cnki.1000-3703.20160789

Design of Automated Test System for Vehicle Gateway Combined with Simulation Model

Li Lu1,2, Zhang Minglu1, Liu Huan1,2, Zhang Gaiping1, Zhang Xiaojun1 1. Hebei University of Technology, Tianjin 300130; 2.China Automotive Technology & Research Center, Tianjin 300000) ( Abstract In order to improve test efficiency of the existing manual vehicle gateway module, an automated gateway【 】test system combined with Simulation Model was designed. This system configures testing environment through customized test configuration kit, uses CANoe modeling language CAPL to write testing script, and combines with CAPL to write vehicle simulation model program, to achieve automated test of gateway module. Compared with the manual test, test content of the automated test system is more comprehensive and the testing efficiency is higher, frame loss rate of extraneous signal is 0 percent. Key words: Car gateway, Automated test, Simulation Model

1 前言

随着消费者对汽车的动力性、经济性、舒适性和安全性的要求越来越高[1- 2],导致汽车中的控制模块逐渐增多,控制的复杂性也不断提高,传输的数据量增大,使得各模块的信息交换更加密集。网关模块作为不同

CAN

网段之间的交互通道,是保证整车正常运行的关键,因此必须对其通信行为进行测试和验证。

传统的网关测试多为手动测试,随着传感器数量的增多,手动测试系统因连线困难[3],且测试时间长、误差大,已不能满足网关的测试需求。基于此,设计了一种

Simu⁃

网关自动化测试系统,该测试系统采用仿真模型(

lation Model) DUT)

模拟被测样件( 所在网段的报文发送,可以最大限度地还原实车状态,使得测试结果更准确可靠,实时性更好。

2 网关自动化测试系统组成及工作原理

CANoe

网关自动化测试系统由测试平台软件 和基

Labview

于 软件开发的测试管理系统组成。系统软件逻

1

辑架构如图 所示。

CANoe

测试平台软件 具有分布式系统设计、仿真、

CANdb++

测试、评估等功能,且其自带的数据管理工具

CAPL可创建和修改数据库[4-5],其建模语言 用于编写测

Simulation Model

试脚本和 。测试管理系统具有控制程控电源等硬件的程控接口[5- 8],用于人员管理测试、任务配置测试、数据统计、测试报告输出等。

GW)

网关自动化测试系统主要针对网关模块( 的

GW PCAN

测试开发,典型网关模块 一般包含动力网段

BCAN, 2

和车身网段 典型网关系统[4- 7]如图 所示。网关

PCAN BCAN

测试的主要任务是检测 与 之间的信息交换,即网关路由。网关路由类型可细分为报文路由和信

CAPL号路由[6]。实际测试时,接入测试样件网关,利用

Simulation Model

编写的 对全网段节点总线通信进行仿真,模拟网关实车网络工作环境。 网关自动化测试系统测试流程为:

a. DUT

导入测试所需各类文件,如 配置表、网关

DBC)

路由表、车载网络通信数据库( 等;

b.

配置测试任务,点击运行按钮开始测试;

c.

系统按照测试脚本进行电源控制、配置盒控制、总线仿真及监控等工作;

d.

测试完成,自动生成测试报告。

asc

测试过程中会记录包含总线信息的 文件,根据

asc

文件中的报文或信号值及发送时间可对测试结果进行验证。验证结束后,测试管理系统对测试数据进行分析,为网关整改升级提供依据。

3 网关自动化测试系统硬件设计

该测试系统硬件主要由机柜和台架组成,机柜集成

Vector

了 工具链、工控机、供电电源、示波器及配置盒

3

等,台架用于安装被测样件和负载,如图 所示。

3 Vector VN1640A

图 中, 工具链包括总线测试设备

CANstressDR,VN1640A 4

和总线干扰设备 搭载的 路总

CANstressDR

线通道支持总线分析、总线仿真等工作, BusOff

负责对总线进行干扰从而产生错误帧,在 相关

VN1640A CANstressDR

测试中使用, 与 之间采用同步线连接,确保时间的一致性;示波器用于波形显示、记

DUT

录及数据评价;程控电源用于 及负载的供电,具备

RS232

或以太网接口,通过该接口控制电源输出电压的大小;配置盒具有总线终端电阻配置、制造和恢复线故障等功能。 3图 系统硬件组成 CAN

总线电阻配置通过继电器控制,保证总线终

60 Ω CAN

端电阻的阻值为 。线故障包括 总线对电源和

CANH CANL CAN

对地短路、 与 短路等。 总线采用实车双绞线束,以提高总线抗干扰能力[9]。

4 网关自动化测试系统程序设计

测试系统程序主要包括信息交互程序、测试脚本

Simulation Model

和 三部分。信息交互程序承担测试

CANoe

管理系统与测试平台软件 之间的交互、测试管理系统与被控硬件的交互[10- 11]、网关路由表信息提取等工作。

1

网关测试前需要填写网关路由表,填写示例见表 。

1 0123

表 中“路由属性”列的 、、、分别对应无关报文路由、相关报文路由、无关信号路由和相关信号路由。通过测

ANeT_WG_ROUTin⁃

试管理系统可将表中的信息提取为

fo.cin

文件,便于测试系统的测试调用。

录测试数据等。其中测试逻辑根据测试用例编写,应符合测试厂家《网关自动化测试规范》的要求。

Simulation Model

用于模拟网段节点报文的发送与

DBC DBC

停止,其仿真数据来源于网关所包含的网段 。

ID Simulation Model

包含节点报文的 、周期等信息。 不仅可以控制节点及报文的发送与停止,还可以实时改变信号值。由于网关路由对时间要求较严格,因此,在报文或信号的信息采集时,得到源网段与目标网段之间信

Simulation Model

号转发时间的差值是测试难点,而 中信号值的不断变化,再加上恰当的算法对数据进行处理,可以较容易得到该时间差值。

5 测试用例分类及典型测试用例分析 5.1 测试用例分类

网关测试用例主要分为相关路由报文测试、无关路

4

由报文测试、相关路由信号测试、无关路由信号测试类。对于报文路由,需要检测整帧报文值,而对于信号路由,则需要从记录的报文值中提取信号值。

CAN Motorola( )

总线编码格式分为 大结尾格式 及

Intel( )

小结尾格式 两种[6- 7],提取时需要不同的提取策

4

略。报文编码格式如图 所示。

5.2

4图 报文编码格式

典型测试用例

a.

相关报文正常路由行为。该测试用例的测试流程为:提取相关路由报文的信息,包括源网段、目标网

ID 14.5V

段、报文 、报文周期等;控制供电电源输出 电压

DUT

为 供电;模拟相关路由报文及其他非路由报文的发送,并每发送一帧相关路由报文就改变其报文值;同时监测源网段和目标网段,记录转发是否正确,若正常转发,则检测其转发报文值是否正确;检测完成后停止模拟报文的发送。相关报文正常路由行为测试流程如

5

图 所示。

ID

测试过程中进行源网段与目标网段的报文 及 Δt qword(0)

值对比,若路由间隔时间 后所记录目标的ID ID

与源 一致,则结果正确。 5图 相关报文正常路由行为测试流程图 b.

源网段总线对电源短路时的相关报文路由行为。该测试用例的测试流程为:提取相关路由报文信

14.5 V DUT

息;控制供电电源输出 电压为 供电;模拟相关路由报文及其它非路由报文的发送,并每发送一帧相

CANH

关路由报文就改变其报文值;控制配置盒制造 对

CANL

电短路故障,一定时间后再制造 对电源短路的故障,记录网关所包含网段的报文发送;控制配置盒恢复

CANH CANL

对电源短路故障,一定时间后再制造 对电源短路故障,记录网关所包含网段的报文发送;控制配

CANL

置盒恢复 对电源短路故障,一定时间后再制造

CANH CANL

与 同时对电源短路故障,记录网关所包含网段的报文发送;控制配置盒清除故障。源网段总线对

6

电源短路时的相关报文路由行为测试流程如图 所示。 6图 源网段总线对电源短路时的相关报文路由行为测试流程 Error在源网段总线故障下,目标网段不发送

Frame,

且故障消除后恢复正常路由的时间应满足

≤ 300 ms

T 。re cov er

3

利用该测试系统对某厂家的网关样件进行了测试, T1= 20.23 ms T2= 190.85 ms

次不同故障恢复时间分别为 、 、T3= 202.52 ms Δt ST= 300 ms,

。标准恢复时间为 考虑继电器Δt Δt

3 ms,动作时间,则偏差时间为 = 则误差a为: )

a =(T + ST - ST (

1) 1 (1), 1%

将各值带入式 得测试误差为 左右,厂家要求

±10%,

的误差范围为 则该测试精度满足要求。

c.

无关信号路由丢帧率。该测试用例的测试流程

14.5 V

为:提取无关路由信号信息;控制供电电源输出

DUT

电压为 供电;在其它报文正常模拟发送情况下,模

5 000

拟源网段发送无关路由信号 帧;记录目标网段的

RoutCount

相应报文转发数量 。无关信号路由丢帧率测

7

试流程见图 。开始 图 无关信号路由丢帧率测试流程 丢帧率rate计算式为: rate =(( 5 000R 5 000) 2) - TN) R (

3) R = SC/TC (式中, R为源网段报文周期与目标网段相应报文周期的比值; SC为源网段报文周期; TC为目标网段报文周期; TN为目标网段报文转发数量。测试过程中记录源网段与目标网段的报文数量,通

2) ≤ 0.1%

过式( 计算丢帧率,其应满足 rate 。利用该测试系统对某厂家的网关样件进行了测试,通过与手动测试对比表明,该网关自动化测试系统的测试结果无关信

0%,

号丢帧率为 即转发未丢失。

6 结束语

Simu⁃

为提高汽车网关模块测试效率,设计了联合lation Model

的网关自动化测试系统。该测试系统以 CANoe LabVIEW CAPL

和 作为基础软件,使用 语言进行测试程序编写,执行效率高且便于进行二次开发。经过实际使用和测试验证表明,与手动测试相比,该系统操作简便,测试内容比更加全面,且测试结果无关信号丢

0%,

帧率为 较好地完成了汽车网关模块的测试。本系

CAN CAN

统扩展性较强,可实现诸如 单节点、 系统集成、网络管理等测试。

参考文献

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