梁玮　李星望　付吉

【摘  要】为保证汽车车机与空调交互功能的可靠性，分析车机与空调的交互控制策略，基于dSPACE实时系统设计车机与空调HIL交互测试方案，利用车机、空调的接口定义表进行I/O模型配置，并建立资源映射关系的信号列表，按照交互控制功能模块开发上位机测试界面，根据功能设计规范开发测试用例，通过上位机模拟车机与空调交互的各种工况。经验证，车机与空调交互功能测试和故障诊断测试通过，确保了车机与空调的交互功能和故障诊断功能的可靠性。

【关键词】交互测试；HIL；车机；空调

中图分类号：U463.851    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）06-0084-04

Study on HIL Interaction Test Between Entertainment Communication System and Air Conditioning

LIANG Wei，LI Xing-wang，FU Ji

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】In order to ensure the reliability of the interactive function between the entertainment communication system and air conditioning，the interactive control strategy between the entertainment communication system and air conditioning was analyzed. Based on dSPACE real-time system，HIL interactive test scheme between the entertainment communication system and air conditioner was designed，and the interface definition table between the entertainment communication system and air conditioning was used to configure the I/O model，and the signal list of resource mapping relationship was established. According to the interactive control function module，the upper computer test interface was developed. According to the functional design specification，the test cases were developed. It has been verified that the interactive function test and fault diagnosis test of the entertainment communication system and air conditioning were passed，which ensured the reliability of the interactive function and fault diagnosis function of the entertainment communication system and air conditioning.

【Key words】interaction testing；HIL；entertainment communication system；air conditioning

1  引言

智能網联成为汽车行业新趋势，汽车电子电器功能高速增长带来更高的软件故障率风险，与用户高频交互的车机、空调等电控系统一旦发生故障将严重影响用户体验。广州汽车集团的黄欣等人[1]，美的集团的李日新等人[2]，江淮汽车集团的蒯家琛等人[3]均通过HIL测试系统验证空调系统的控制策略。广州汽车集团的郑淳允等人[4]通过自动化测试平台验证汽车车机的功能策略。由以上研究可知，传统的电子控制器单体测试已经很成熟，具备完整的软硬件、系统验证流程，然而经过测试的控制器匹配整车后仍会产生很多与其他控制器的交互问题，因为控制器单体测试没有考虑实车环境下多域多控制器交互的场景，无法复现实车完整故障环境。因此，多控制器交互测试成为HIL测试新方向。

HIL（Hardware In the Loop），即硬件在环，硬件在环仿真测试系统是以I/O板卡与被测电控单元的引脚连接，通过实时处理器运行I/O模型和物理模型构建被控对象的测试环境，对被测电控单元进行各种工况的功能、性能测试[5]。硬件在环测试系统可以进行充分的控制器逻辑和极限工况验证，不会对车辆、零件和试验人员造成危害，减少实车测试问题数量，提前在电控系统开发阶段发现问题；快速重现用户使用场景中复杂的故障模式，将售后问题添加到测试用例库，保证相同的售后问题不再发生；实现全天候的自动化测试，测试效率远高于实车手动测试，可实现软件功能的快速迭代[6]。

随着智能网联汽车的快速发展，空调系统也逐渐向智能化发展，空调操作由传统的机械旋钮、按键逐步向网联车机触屏控制过渡。本文基于HIL测试方法，通过dSPACE实时系统搭建网联车机与自动空调交互的测试环境，对车机、空调交互控制策略进行验证。

2  车机与空调交互控制原理

本文空调为自动空调。车机与空调采用CAN网络通信实现车机与空调的信息交互。车机负责空调功能的操作及显示，空调控制逻辑则在空调控制模块实现。通过操作空调面板或点击车机屏幕导航栏的空调图标进入车机的空调控制页面，空调控制包含风量调节、温度调节、吹风模式、循环模式等功能。

操作车机屏幕的空调控制图标，信号通过CAN通信发给空调控制模块。空调控制模块接收到信号后，结合采集的传感器硬线信号及其他节点发送的CAN网络信号，对空调系统的温度、风量、出风模式、换气、压缩机、负离子发生器等进行自动控制，以滿足用户对空调舒适性体验的需求。空调控制模块将当前系统状态通过CAN通信反馈给车机，车机接收到信号，将相应的空调运行状态显示到车机屏幕上。同时空调控制模块也会将当前系统状态通过LIN通信反馈给空调面板，将空调运行状态显示在空调面板上。车机与空调控制模块的交互原理图如图1所示。

3  车机与空调交互测试实时系统方案

3.1  系统架构

HIL实时系统关注的重点在控制器，因此在车机与空调的交互测试系统中，车机控制器和空调控制模块、空调控制面板、空调箱（电机执行器）均为实物，而电控系统其他元素如传感器、CAN均采用仿真的形式。

车机与空调HIL交互测试系统架构如图2所示，通过dSPACE SCALEXIO技术构建车机与空调HIL交互测试系统。利用机柜的多功能I/O板卡模拟空调控制模块的传感器输入信号以及采集空调控制模块驱动空调箱的控制信号，CAN通信板卡模拟CAN网络其他节点的CAN信号，空调控制模块和车机控制器通过CAN线通信，空调控制模块和空调面板通过LIN线通信，车机控制器通过LVDS线将图像信号传输到车机屏幕显示，上位机通过光纤与机柜通信，并进行实时硬件的图形化管理、虚拟仪表显示、数据监控及分析、变量及参数的可视化管理、故障注入及诊断等。

3.2  I/O配置

HIL测试系统的I/O配置由Simulink I/O模型和信号列表共同完成，其基本思路是通过模型配置管理机柜的板卡资源分配，建立板卡ID、板卡信号、I/O信号通道和控制器引脚的追溯关系，配置I/O特性，形成信号列表，在项目过程中控制器引脚发生变更时，可以快速适应变化。其中RTICANMM是CAN总线仿真模块，在模块中可导入DBC文件，可仿真网络其他节点控制器发送的报文，模拟校验和Checksum和计数器Counter，通过修改报文周期、控制报文收发实现CAN通信的故障注入仿真[7]。

RTI（Real-Time Interface）模块是连接Simulink I/O模型和dSPACE实时系统的桥梁。RTI对Simulink库进行了扩展，无需手写代码，只需要连接RTI库里的框图即可实现对I/O接口的初始化配置。完成I/O模型的开发和参数配置后，点击Simulink的“Build Model”按键，RTI即可自动生成代码并编译下载到实时系统中，实现从Simulink模型到dSPACE实时硬件代码的无缝自动下载。而I/O模型中配置的所有信号和参数可通过RTI编译时生成的变量文件，由上位机软件ControlDesk调用及更改。

HIL测试系统使用了DS2211和DS4004等板卡，用于电源、传感器信号、CAN/LIN信号仿真以及控制信号采集。如图3所示，车机控制器与空调控制模块的I/O模型配置了数字输入输出通道（DIG_IN/DIG_OUT）、电阻通道（RES）、模拟信号采集通道（ADC）、CAN和LIN通信通道。表1为空调控制模块的部分信号列表，定义了控制器每个引脚、机柜插接件引脚、板卡通道之间的联系。

3.3  测试界面开发

上位机软件ControlDesk是HIL测试过程的综合管理软件。利用ControlDesk可实现以下功能。

1）对板卡的图形化管理。ControlDesk对板卡进行注册管理，检查内存的大小以及处理器的时钟频率，实现目标程序的下载，控制实时系统的启动及停止，并监视硬件故障。

2）建立试验管理虚拟仪表。通过虚拟仪表实现上位机与实时系统的动态数据交换，在实时系统运行过程中调整被测控制器的输入参数，记录测试过程数据并实现数据回放。

3）变量的可视化管理。可通过拖拽方式实现RTI生成变量文件的图形化访问，并建立变量与虚拟仪表的关联。除了一般的信号变量外，还可以访问程序执行时间、采样时间、中断优先级等实时变量。

4）参数的可视化管理。通过变量树生成参数文件并进行参数批量更改，依次调入不同参数文件以验证参数对测试的影响。

5）测试自动化。可编制自动化脚本对标准化功能进行自动化测试。

6）故障注入仿真测试。在故障注入窗口可操作故障注入板卡模拟被测控制器的线路故障，包括开路、对搭铁短路、对电源短路、对其他信号短路。

7）按照车机与空调的交互控制策略将测试界面模块化划分，如图4所示，包括电源、吹风模式、风量调节、温度调节、循环模式等。各测试界面模块设置对应的传感器信号输入控件和控制信号监测控件。通过CAN配置模块生成CAN信号仿真和监测控件，仿真其他网络节点的CAN信号，监测车机与空调交互的CAN信号。故障注入界面设置信号对搭铁短路、对电源短路、开路等故障模式[8]。

3.4  开环系统调试

开环系统调试的主要工作是对控制器与HIL机柜板卡的接口进行一致性测试，确保板卡仿真的传感器信号与控制器内部收到的一致，板卡采集的执行器驱动信号与控制器内部发出的一致。以环境温度传感器仿真为例，完成空调控制模块的I/O模型配置和测试界面开发后，在上位机界面输入环境温度传感器的仿真值，通过CAN配置模块读取空调控制模块发送的环境温度CAN信号，若两者的值相等，则环境温度仿真通道的开环调试成功，其他通道同理。

4  测试用例开发

按照车机、空调系统功能规范开发交互控制测试用例，将测试用例分为12个需求覆盖点：空调开启及弹窗策略、温度设置、风量调节、循环模式调节、A/C调节、空调开关、auto调节、吹风模式调节、前除霜调节、后除霜调节、空调小绿叶和情景模式。

每个需求覆盖点的测试用例按照开发思路又分为：正向功能测试、压力测试、故障注入和失效模式测试、用户体验测试、历史问题及场景测试。

测试用例设计方法通常采用等价类划分法、边界值法、枚举法、场景分析法、因果法、状态转移法、错误猜测法等。

5  测试实施

基于搭建的车机、空调交互测试系统，对车机、空调的交互功能、故障诊断功能开展测试。

5.1  交互功能测试

5.1.1  温度调节

前置条件：电源供电13.5V，点火开关为ON，车机处于空调控制界面，空调控制温度设为20℃。

操作车机温度加减图标，车机通过CAN通信发送相应的控制信号给空调控制模块，空调控制模块进行处理后将温度状态信号通过CAN反馈给车机，通过LIN反馈给空调面板并显示相应温度。点击温度“+”图标一次，设定温度增加0.5℃；点击温度“-”图标一次，设定温度减少0.5℃。测试结果如图5所示，测试结果表明车机能够正确识别驾驶员温度加减操作，空调控制模块能够正确接收车机发出的温度调节信号，并执行温度调节动作，车机与空调的温度调节交互功能正常运行。

5.1.2  内外循模式

前置条件：电源供电13.5V，点火开关为ON，车机处于空调控制界面，当前循环状态为外循环。

点击车机循环模式图标，车机通过CAN通信发送相应的控制信号给空调控制模块，空调控制模块进行处理后将内外循环状态信号通过CAN反馈给车机，通过LIN反馈给空调面板，工作指示灯显示相应的工作状态。测试结果如图6所示，车机能够正确识别驾驶员内外循环切换操作，空调控制模块能够正确接收车机发出的内外循控制信号，并驱动循环电机动作，将最新内外循状态更新到面板上。测试结果表明车机与空调的内外循切换交互功能正常运行。

5.2  故障诊断测试

前置条件：电源供电12V，点火开关为ON，总线正常通信，清除故障码。

当传感器监测电压持续500ms为0V时，空调控制模块记录故障码，并将车外环境温度设为20℃。当传感器监测电压持续500ms≥0.05V时故障恢复。诊断工具发出清除故障码指令或经过40次无故障操作循环（点火钥匙从ON～OFF）后，历史故障诊断码被清除。测试结果如表2所示，测试结果表明空调控制模块的环境温度传感器对搭铁短路故障诊断功能正常运行。

6  结论

本文介绍了汽车网联车机与自动空调的交互控制策略，基于dSPACE实时系统构建了车机与空调的HIL交互测试系统，并说明了构建测试系统的每个流程环节，根据车机、空调的功能规范开发测试用例，最后按照测试用例对车机、空调的交互控制功能进行了验证。

构建多节点的HIL交互测试系统与单节点HIL测试系统相比更接近实车环境，能够快速重现复杂的实车故障模式，充分验证单节点无法测试的交互控制逻辑和实车难以测试的故障诊断工况。

参考文献：

[1] 黄欣，贺洪江. 基于HIL的车载空调控制器的自動化测试[J]. 科技视界，2017（13）：13-15.

[2] 李日新，吴信宇，欧汝，等. 基于VeriStand的实时空调仿真测试系统设计与实现[C]//2020年中国家用电器技术大会论文集. 宁波：电池，2020：867-873.

[3] 蒯家琛，王玮，温敏，等. 基于硬件在环的空调控制策略测试[J]. 汽车电器，2021（6）：76-79.

[4] 郑淳允，巫辉燕. 汽车信息娱乐系统自动化测试平台设计[J]. 时代汽车，2021（22）：150-152.

[5] 田鑫，刘全周，晏江华，等. 基于HIL的车用电机控制器故障保护策略测试[J]. 电机与控制应用，2019，46（11）：82-87.

[6] 李占旗，高继东，刘全周. 结合运动仿真与阀信号检测的ESC HIL测试研究[J]. 中国测试，2018，44（3）：78-84.

[7] 晏江华，刘全周，刘铁山. 纯电动汽车VCU硬件在环测试技术研究[J]. 汽车电器，2018（9）：19-23.

[8] 李占旗，刘全周，陈慧鹏. 基于系统级的电动助力转向控制测试评价研究[J]. 汽车电器，2017（10）：65-68.

（编辑  杨  景）