摘要

本系列文章將介紹HILS，它已成為汽車系統開發中不可或缺的一部分。我們將從本期內容入手，講解如何使用HILS測試ECU。首先，我們將介紹手動測試。

上期，我們連接了HILS系統和控制器，并創建了一個它們正常運行的狀態。這次，我們將在此環境下測試ECU。測試分為兩種類型：手動測試，即逐一執行所需的操作步驟；以及自動化測試，即編寫操作程序并自動執行測試。本期，我們將進行手動測試。

點擊查閱：硬件在環HIL（一）：什么是HILS？

點擊查閱：硬件在環HIL（二）：HILS的工作原理

點擊查閱：硬件在環HIL（三）：硬件在環仿真和傳感器

點擊查閱：硬件在環HIL（四）：硬件在環仿真和執行器

點擊查閱：硬件在環HIL（五）：硬件在環仿真和工廠模型

點擊查閱：硬件在環HIL（六）：基于統計模型的工廠模型

點擊查閱：硬件在環HIL（七）：發電機的被控對象模型

點擊查閱：硬件在環HIL（八）：將工廠模型集成到HILS中

測試項目

在深入探討測試內容之前，我們首先來了解一下HILS測試的基本內容。在本系列的第一篇文章中，我們列出了發電系統ECU所需的四項功能。接下來，我們將討論包含怠速在內的五項功能的測試內容（表1）。

表1、生成器函數

為了測試這些功能，必須按照每個功能的功能內容操作車輛，同時進行與 ECU 操作相適應的測量，分析和評估數據，并評估其是否符合控制要求。

如圖2所示，包含ECU的HILS系統通過HILS計算機的用戶界面（UI）進行操作。該圖假設車輛處于正常駕駛狀態，不足以進行測試。由于HILS系統的用戶界面可以相對容易地進行修改，因此可以通過創建適合每次測試的用戶界面屏幕，并為每個測試使用不同的屏幕來實現高效的測試。

啟動行為

在考慮啟動功能測試時，首先要考慮實際發動機是如何啟動的，以及ECU在這種情況下是如何工作的（表2）。

表2、發動機啟動時的操作和系統行為

測試的目的是驗證ECU的功能。在每個階段，都會明確ECU的控制要求（即ECU必須扮演的角色），并測量電信號和物理量，以確認ECU是否按照控制要求正常運行。此外，如果能夠使用監控設備同時測量ECU的內部變量，驗證結果將更加可靠。

啟動控制規范

表2展示了系統的總體運行情況，但要驗證ECU的功能，需要更精確地了解ECU的控制機制。為此，我們需要參考構成ECU控制軟件基礎的控制規范。

控制規范描述了ECU在各種條件下的運行方式，以確保整個系統能夠執行表1所示的功能。表3是對控制規范中各項控制要求的簡要文字描述。在實際開發中，我們的目標是利用流程圖、圖表、表格、公式和模型描述工具等多種方法，以準確且易于理解的方式表達控制規范。

表3、啟動功能控制規格

測試啟動功能

ECU 測試包括參考控制規范，確定每個測試功能的先決系統條件和觸發要執行的功能的條件，操作 ECU，以及測量和觀察關鍵 ECU 輸入和控制輸出的變化（表 4）。

表 4、啟動功能測試程序

啟動功能測試結果的分析與評價

圖 1顯示了啟動測試所需的用戶界面概覽。它包括用于啟動發動機的開關、用于觀察運行狀態的輸出指示器、轉速表和圖表。此外，還可以在屏幕上設置和更改 200 rpm 的啟動轉速。

由于該設備模型不包含啟動器旋轉和發動機啟動的機構，因此我們定義了一個簡單的啟動邏輯，在按下啟動開關時強制發動機轉速達到 200 rpm，并將其添加到設備模型中。這是硬件在環 (HILS) 開發軟件中的常見功能，有些軟件還提供獨立于設備模型的簡單信號處理功能。這次我們將使用此功能。

測試結果的合格/不合格判斷是通過目測和判斷用戶界面上顯示的系統運行狀態來進行定性確定的。例如，按下啟動按鈕后，只需觀察燃油泵的運行情況，即使不測量確切時間，也能判斷燃油泵的輸出大致正常。

圖 1、HILS啟動測試UI圖像

然而，僅憑這些信息不足以向未在測試現場的人員匯報。提供量化數據，例如用秒表測量燃油泵的運行時間，將使報告更具說服力。

HILS允許你以與在用戶界面上顯示圖表相同的方式記錄數據。HILS 接口數據和工廠模型數據會被測量并記錄到存儲設備（例如 HILS 計算機的硬盤）上。這些數據可以以圖表形式顯示，進行分析以確定特征值，并用于確定是否符合功能規范要求，從而實現客觀的定量驗證。

圖2展示了啟動功能測試結果的分析圖。控制操作的特征值可從下圖所示的圖表中讀取，并按如下方式判斷控制的可行性。如果所有四項均通過，則認為啟動功能已正確執行。

圖 2、HILS 啟動測試結果圖像

（1）燃油泵和節氣門電機必須在啟動開關打開后 0.1 秒內啟動，但它們都在 0.028 秒內啟動，滿足要求。

（2）啟動開關接通后，節氣門開度必須在0.3秒內設定到啟動位置。然而，節氣門位置在0.09秒內就設定到了穩定狀態，滿足要求。
（3）從發動機轉速達到100轉/分到噴油器脈沖輸出開始的時間必須在0.2秒以內。脈沖在0.09秒時開始，符合要求。

（4）噴油器脈沖輸出開始后，點火脈沖在同一周期內輸出。

此啟動功能測試是對一個定時功能進行的測試，該功能根據啟動開關打開后的條件（稱為順序控制）按時間順序執行。此功能測試相對簡單，只需設置條件并觀察ECU輸出的變化即可評估功能是否執行。

另一方面，發動機控制的核心功能是在發動機轉速和扭矩持續變化的情況下，對噴油量、點火和節氣門進行反饋控制，例如怠速功能、發電輸出控制功能和瞬態性能控制。這需要考慮包括系統狀態變化在內的測試條件和判斷條件，使其更加復雜。

下期，我們將著手測試這些核心發動機控制功能。

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