摘要
控制和信息系統(tǒng)對(duì)當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)至關(guān)重要。實(shí)際上，幾乎所有車(chē)輛都裝了數(shù)量眾多的電子控制單元（ECU），用于控制其所有或大部分機(jī)械、機(jī)電和電氣系統(tǒng)、單元或部件。測(cè)試并早期發(fā)現(xiàn)和修復(fù)這些ECU的軟件漏洞非常重要，不僅對(duì)汽車(chē)駕駛的安全，而且對(duì)在汽車(chē)開(kāi)發(fā)期間節(jié)省巨額費(fèi)用的軟件更新也非常重要。汽車(chē)中最重要的ECU之一是儀表板組合(IPC)。IPC向駕駛員提供與主要汽車(chē)系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、ABS）相關(guān)的實(shí)際信息、當(dāng)前速度信息、機(jī)油和冷卻液溫度警告、燈光使用、導(dǎo)航等。本文討論了IPC系統(tǒng)軟件測(cè)試的一些特點(diǎn)和問(wèn)題，以及對(duì)特定測(cè)試人員技能和知識(shí)的要求。
1.簡(jiǎn)介
負(fù)責(zé)控制主要汽車(chē)系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)的電子設(shè)備的水平在過(guò)去幾年中大幅度提高，它們約占內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)中所有系統(tǒng)的40%，電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)的約70%。這些設(shè)備被稱(chēng)為電子控制單元(ECU)。實(shí)際上，ECU是帶有片上軟件的嵌入式控制系統(tǒng)（控制器）。它們的數(shù)量（圖1）在新車(chē)中從30到100不等，而在新BMW系列中，ECU多達(dá)200個(gè)。
圖1 汽車(chē)內(nèi)部的電子控制單元(ECU)
ECU之間的通信基于控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)。每個(gè)ECU都可以通過(guò)CAN總線(xiàn)廣播自己的消息，并可以監(jiān)聽(tīng)來(lái)自其他ECU的特定消息。通常，ECU控制發(fā)動(dòng)機(jī)的直接燃油噴射和節(jié)氣門(mén)、制動(dòng)器(ABS)、主動(dòng)懸架、燈光、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、導(dǎo)航、氣候、停車(chē)輔助、收音機(jī)、電話(huà)等。根據(jù)從不同類(lèi)型的傳感器收集的各種類(lèi)型的輸入數(shù)據(jù)，每個(gè)ECU實(shí)現(xiàn)自己的軟件控制算法，并將計(jì)算結(jié)果（輸出）應(yīng)用于受控硬件。輸入和輸出數(shù)據(jù)都可以被視為CAN報(bào)文或包含在這些消息中的信號(hào)。
一個(gè)特定的ECU是儀表板組合（IPC），它以各種格式向駕駛員顯示大量信息-指示燈（信號(hào)燈）、儀表（指針）和界面，如圖2所示。
用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等的ECU軟件很少更改，而IPC軟件是一個(gè)大量修改、更新和頻繁變化的對(duì)象。事實(shí)上，即使是一種型號(hào)的汽車(chē)，也有各種各樣的IPC硬件類(lèi)型。例如，大眾汽車(chē)的IPC有三種型號(hào)-黑白顯示屏-一種是低分辨率的，另一種是高分辨率的，第三種是彩色顯示屏。客戶(hù)可以根據(jù)自己的喜好或特定需求為自己的汽車(chē)選擇一個(gè)。
圖2 儀表板組合
由于IPC的頻繁硬件變化，組合軟件也是密集測(cè)試的對(duì)象。
本文旨在介紹測(cè)試IPC的功能，以及特定系統(tǒng)軟件的測(cè)試需求、測(cè)試環(huán)境（CANoe）以及對(duì)測(cè)試人員的要求。
2. IPC需要測(cè)試的功能
如圖3所示，IPC收集大多數(shù)汽車(chē)ECU和傳感器提供的信息，并將其呈現(xiàn)給駕駛員。只向駕駛員呈現(xiàn)有價(jià)值的并且可以被正確解釋的信息。與主要系統(tǒng)相關(guān)的診斷或特定故障信息存儲(chǔ)在IPC的錯(cuò)誤存儲(chǔ)器，或問(wèn)題單元的存儲(chǔ)器中，可以通過(guò)診斷程序在服務(wù)中讀取。
圖3 IPC采集的ECU和傳感器信息
PC視覺(jué)信息以多種方式呈現(xiàn)：
- 帶指針的儀表（步進(jìn)電機(jī)），如車(chē)速表、轉(zhuǎn)速計(jì)、機(jī)油、冷卻劑和溫度計(jì)等。
- 指示不同汽車(chē)單元和系統(tǒng)的狀態(tài)或使用情況的信號(hào)燈，例如燈的使用（遠(yuǎn)光燈/近光燈、左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)等）、電池狀態(tài)、剎車(chē)、安全氣囊、穩(wěn)定性等。
- 顯示主里程計(jì)和行程里程計(jì)、車(chē)載計(jì)算機(jī)消息（平均速度或油耗）或警告、變速箱信息或一些主要汽車(chē)ECU報(bào)告的一些錯(cuò)誤等。
上述IPC單元的主要功能將在以下段落中討論。
2.1 車(chē)速表
車(chē)速表用于以km/h或mph為單位指示車(chē)輛速度。組合儀表執(zhí)行從輸入值（脈沖數(shù)或每秒轉(zhuǎn)數(shù)或來(lái)自總線(xiàn)的值）到步進(jìn)電機(jī)步數(shù)反映的角度指示的轉(zhuǎn)換（1步=0,05625度）。當(dāng)通過(guò)總線(xiàn)接收到速度時(shí)（圖4），通常伴隨著有效信號(hào)（品質(zhì)因數(shù)）。轉(zhuǎn)換是使用包含一些點(diǎn)(4-6)的特性曲線(xiàn)完成的，這些點(diǎn)具有輸入值和輸出角度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在這些點(diǎn)之間使用線(xiàn)性插值。特性曲線(xiàn)存儲(chǔ)在IPC的EEPROM中。為了避免指針閃爍或跳躍，使用了阻尼。
圖4車(chē)速表數(shù)據(jù)流及特性曲線(xiàn)
阻尼（圖5）曲線(xiàn)有一個(gè)t（τ）參數(shù)（時(shí)間），它確保指針變化在時(shí)間τ之后達(dá)到64%的變化范圍，在大約4-5倍τ之后達(dá)到99%的最終值。
圖5阻尼（系數(shù)）曲線(xiàn)
在某些汽車(chē)組合儀表中，應(yīng)用了提前系數(shù)。它表示添加到實(shí)際車(chē)輛速度的百分比，會(huì)指示更大的速度值。這樣做是為了保證安全行車(chē)。在下面的儀表中，將20%的提前系數(shù)添加到100km/h的速度（圖6a），對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，它是120km/h，如圖6b所示。
測(cè)試車(chē)速表的常見(jiàn)行為
在車(chē)速表測(cè)試期間，必須檢查以下與電池連接和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火相關(guān)的要求：
- 當(dāng)電池關(guān)閉時(shí)，車(chē)速表指針保持在相同位置。在重新連接時(shí)，指針被同步，然后返回到有效指示。
- 當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，指針?lè)祷亓阒甘荆缓蠓祷赜行е甘尽?duì)于正常范圍內(nèi)的值，指針根據(jù)特性曲線(xiàn)以阻尼方式移動(dòng)。如果有效信號(hào)為假，則指針下降到零（無(wú)效速度信號(hào)）。
- 電源恢復(fù)后（在某些情況下欠壓/過(guò)壓后）指針?lè)祷亓阄唬缓蠓祷赜行е甘荆ㄍ剑?/span>
- 如果輸入信號(hào)超出范圍，（錯(cuò)誤處理）指針會(huì)在延遲后下降到零位置（無(wú)阻尼）來(lái)指示這種情況。
- 在欠壓（小于9V）/過(guò)壓（大于16V）和電源故障的情況下-指針保持在相同位置，當(dāng)電壓回到正常范圍時(shí)，指針同步（在某些IPC中它保持在同一位置），然后指示有效值。
2.2 轉(zhuǎn)速表
轉(zhuǎn)速表測(cè)試類(lèi)似于速度表。這里可以使用兩個(gè)阻尼。一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)且車(chē)輛靜止時(shí)，則阻尼較高（可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行較大的變化）。第二個(gè)阻尼是在車(chē)輛移動(dòng)時(shí)-然后阻尼較小（可能的變化較小）。
必須對(duì)轉(zhuǎn)速表進(jìn)行與速度表類(lèi)似的常見(jiàn)行為測(cè)試。
2.3油位指示
如果通過(guò)CAN總線(xiàn)接收信號(hào)，則特性曲線(xiàn)類(lèi)似于速度表。如果信號(hào)直接來(lái)自傳感器，則使用兩條曲線(xiàn)：ADC值->升數(shù)->步進(jìn)電機(jī)步數(shù)。
關(guān)于車(chē)輛移動(dòng)狀態(tài)使用兩個(gè)阻尼值（在某些情況下，一個(gè)如圖5所示，另一個(gè)是線(xiàn)性的）-當(dāng)車(chē)輛停止時(shí)，阻尼較低。行駛中的車(chē)輛需要更大的阻尼，以克服由于加速和制動(dòng)而導(dǎo)致的油箱中的燃油移動(dòng)。
當(dāng)燃油液位低于定義的閾值時(shí)，燃油儲(chǔ)備指示器將被激活。
2.4 冷卻液溫度指示
冷卻液溫度的測(cè)試類(lèi)似于燃油油位指示。行為和阻尼取決于車(chē)速。當(dāng)車(chē)輛停止時(shí)（在駕駛會(huì)話(huà)之后），由于傳感器周?chē)臏囟葧?huì)升高（熱量爆發(fā)），指示將不會(huì)超過(guò)最后一個(gè)有效值，持續(xù)時(shí)間與駕駛持續(xù)時(shí)間成正比。
一些額外的測(cè)試與正常冷卻劑值（75-115度）有關(guān)-然后指針靜止不動(dòng)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱（溫度>閾值）-會(huì)生成警告（可以是LED、聲音警告、顯示屏上的警告消息或它們的組合），因此還必須檢查這些警告。
2.5 里程表
主里程表存儲(chǔ)在IPC EEPROM區(qū)，不可復(fù)位（生產(chǎn)后）；最大顯示值為999.999公里。存儲(chǔ)使用多塊存儲(chǔ)技術(shù)完成-值（公里/英里）存儲(chǔ)在更多字節(jié)的位置（例如32），每個(gè)字節(jié)都根據(jù)IPC特定算法寫(xiě)入（以避免每次寫(xiě)入相同的位置）。該EEPROM位置不能被較低的值覆蓋。
行程里程表存儲(chǔ)在IPC RAM中（在某些情況下存儲(chǔ)在EEPROM中）。達(dá)到最大值（999,0或1999,0 公里）后，將翻滾至0,0公里。
2.6 指示器
信號(hào)裝置具有特定的激活/停用/再激活條件。圖7給出了一些最流行的指示器及其含義。在一些組合中，指示器的燈或LED位于速度表而一些指示器位于這些區(qū)域之外或轉(zhuǎn)速表區(qū)域，。在某些組合中，一些信號(hào)裝置（警告）僅在主顯示器中顯示為圖標(biāo)。
圖7 指示器指標(biāo)
2.7 車(chē)載里程計(jì)算機(jī)
車(chē)載里程計(jì)算機(jī)顯示的信息是通過(guò)計(jì)算距離、時(shí)間和注入的燃料來(lái)計(jì)算的。基于這些數(shù)據(jù)，獲得即時(shí)/平均消耗和速度。
剩余續(xù)航里程還反映了在油箱中剩余燃料和實(shí)際速度（實(shí)際消耗）下可以行駛的距離。行程持續(xù)時(shí)間也可以計(jì)算在內(nèi)。
作為測(cè)試對(duì)象的車(chē)載計(jì)算機(jī)的功能是平均速度、平均消耗、行程持續(xù)時(shí)間-可以重置（通常通過(guò)按下儀表板上的旋鈕）。重置后（電池重置、手動(dòng)重置、點(diǎn)火開(kāi)始）-需要一定的距離/時(shí)間/消耗，以便計(jì)算和顯示第一個(gè)值。
測(cè)試還與測(cè)量單位相關(guān)，例如：
- 距離公里或英里；
- 速度km/h或mph；
- 消耗1/100公里，mpg（英國(guó)或美國(guó)），km/l
2.8 信息和警告
更復(fù)雜的儀表盤(pán)有一個(gè)大點(diǎn)陣顯示器（在某些情況下是彩色的）顯示額外的信息，提醒司機(jī)一些汽車(chē)功能的狀態(tài)（輪胎壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、ABS、ASR、ESP、安全帶、檔位信息、冰警告、導(dǎo)航、電話(huà)、收音機(jī)/CD 等）。
可以顯示一條文本消息，也可以通過(guò)符號(hào)或/和提示音加倍顯示。
消息可以用不同的語(yǔ)言顯示（可從菜單或EEPROM配置）。
當(dāng)同時(shí)顯示更多警告/消息時(shí)，它們將以滾動(dòng)模式顯示：每條消息（如果有的話(huà)，帶有符號(hào)）顯示一段時(shí)間，然后顯示下一條。
消息具有指定的優(yōu)先級(jí)。定義項(xiàng)目特定程序以處理優(yōu)先級(jí)-消息可以/不能被更高優(yōu)先級(jí)的消息打斷，消息具有最短顯示時(shí)間。
接下來(lái)給出了一些可以顯示的附加消息，它們是特定測(cè)試的對(duì)象：
- 燃油液位
- 冷卻液溫度
- 室外溫度
- 警告信息
- 油位
- 服務(wù)間隔指示
- 時(shí)鐘，日期
- 齒輪箱位置和模式
- 分區(qū)/臨時(shí)
- 導(dǎo)航
- 電話(huà)。
2.9 EEPROM
EEPROM存儲(chǔ)器包含一些作為測(cè)試對(duì)象的配置參數(shù)。它包含有關(guān)組合本身的信息-型號(hào)、版本、生產(chǎn)日期、月份、年份、有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)中最重要的ECU的類(lèi)似數(shù)據(jù)、里程表數(shù)據(jù)、特性曲線(xiàn)、阻尼參數(shù)tau、發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型（汽油、柴油、混合）、測(cè)量單位公里、英里、錯(cuò)誤代碼和許多其他數(shù)據(jù)。
除了與上述IPC單元和元件的功能相關(guān)的軟件測(cè)試外，還必須特別注意下面描述的IPC電源管理測(cè)試和照明測(cè)試。
電源管理測(cè)試涉及9V至16V的正常電壓范圍、欠壓（9V以下）、過(guò)壓（16V以上）和電源故障（6V以下）。
在正常電壓范圍內(nèi)，組合儀表具有正常功能。測(cè)試電壓在13.5V左右。超出此范圍，除電源故障外，我們可能會(huì)遇到以下情況：-指針凍結(jié)到實(shí)際位置，微處理器控制的LED（燈）被停用，EEPROM的寫(xiě)入功能被停用。所以要確保RAM中的數(shù)據(jù)保留，當(dāng)電壓恢復(fù)到正常范圍（有滯后）時(shí)，恢復(fù)正常功能。指針同步（回到零位，再回到有效指示），避免失步。
在電源故障期間，除了欠壓情況外，RAM數(shù)據(jù)不再保留。當(dāng)電壓恢復(fù)到正常范圍時(shí)，組合儀表復(fù)位。
背景照明與顯示、刻度和指針有關(guān)。它們可以單獨(dú)照明。照明根據(jù)兩種情況而有所不同：-白天，只有顯示屏以小亮度照亮，夜間，顯示屏、刻度和指針都被照亮。在夜間照明期間，可以手動(dòng)或自動(dòng)修改亮度。當(dāng)前燈被激活（手動(dòng)模式）或當(dāng)外部照明水平低于定義的閾值（自動(dòng)模式）時(shí)，日/夜轉(zhuǎn)換完成。照明級(jí)別存儲(chǔ)在EEPROM中，所選級(jí)別作為指針存儲(chǔ)在該照明表中。顯示器和刻度+指針可以有不同的照度表來(lái)有不同的照度。
使用一個(gè)組合按鈕或菜單中的功能執(zhí)行手動(dòng)調(diào)光。自動(dòng)調(diào)光是使用一個(gè)傳感器來(lái)執(zhí)行的，該傳感器決定從白天到夜間照明水平的轉(zhuǎn)變。照明調(diào)暗不影響信號(hào)燈的亮度。照明可用作發(fā)出警告的一種方式。例如，在某些汽車(chē)中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)定義的閾值時(shí)，轉(zhuǎn)速表刻度照明會(huì)以全亮度激活（而其他刻度的照明會(huì)停用），以表示發(fā)動(dòng)機(jī)可能已損壞。
3.測(cè)試環(huán)境CANoe
儀表組合 (IPC) 的真實(shí)系統(tǒng)軟件測(cè)試與特殊軟件環(huán)境的使用有關(guān)，該環(huán)境模擬所有或大部分汽車(chē)ECU的工作。這個(gè)環(huán)境是Vector CANoe。它可用于任何汽車(chē)ECU或任何使用CAN實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信的控制器的軟件開(kāi)發(fā)。CANoe是基于事件驅(qū)動(dòng)的通信訪問(wèn)編程語(yǔ)言CAPL的面向Windows的工具。CANoe的仿真是基于軟件節(jié)點(diǎn)（每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)汽車(chē)ECU）。節(jié)點(diǎn)通過(guò)虛擬或真實(shí)的CAN網(wǎng)絡(luò)連接。可以為每個(gè)節(jié)點(diǎn)定義CAN消息和信號(hào)（事件），并可以模擬和測(cè)試虛擬CAN網(wǎng)絡(luò)的互通。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的軟件經(jīng)過(guò)測(cè)試和驗(yàn)證后，可以將其上傳到真實(shí)的ECU或用于進(jìn)一步測(cè)試。
出于IPC的測(cè)試目的，CANoe仿真解釋了向IPC發(fā)送消息的永恒ECU和傳感器的行為。因此，通過(guò)組織良好的圖形面板（圖8），模擬向IPC發(fā)送消息，測(cè)試人員能夠分析（比較）IPC是否正確地可視化。換句話(huà)說(shuō)-IPC行為是否符合（客戶(hù)和測(cè)試）要求。
圖8 CANoe仿真窗口視圖
從描述中可以看出，CANoe仿真為IPC的手動(dòng)測(cè)試提供了可能。有一些額外的基于Excel和Visual Basic宏的軟件工具，可以連接到CANoe仿真以提供IPC的半自動(dòng)化測(cè)試。然后運(yùn)行測(cè)試的測(cè)試人員必須回答測(cè)試問(wèn)題，驗(yàn)證IPC單元是否對(duì)外部SW工具發(fā)送的測(cè)試消息/信號(hào)做出正確反應(yīng)，或者使用外部電源單元設(shè)置組合電壓的一些特定值（圖9）或信號(hào)發(fā)生器。
手動(dòng)或半自動(dòng)測(cè)試的測(cè)試結(jié)果和發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤會(huì)在Excel文件中報(bào)告，并發(fā)送給高級(jí)管理人員，以便根據(jù)錯(cuò)誤的優(yōu)先級(jí)激活錯(cuò)誤修復(fù)或更改請(qǐng)求。
真正的IPC測(cè)試需要一些與IPC軟件上傳（刷寫(xiě)）和EEPROM變量配置相關(guān)的準(zhǔn)備工作。由于IPC軟件有許多軟件更新，因此IPC軟件有專(zhuān)門(mén)的程序。所以SW模塊可以按特定順序上傳，否則儀表在測(cè)試期間將無(wú)法正確反應(yīng)。這同樣適用于設(shè)置EEPROM變量。
圖9 IPC測(cè)試的硬件和軟件環(huán)境
下一個(gè)例子與汽車(chē)組合的實(shí)際導(dǎo)航測(cè)試有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)航ECU報(bào)告到目的地的距離（圖10）時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)錯(cuò)誤。可以看出，在CANoe仿真中設(shè)置了較大的公里值（上部紅色區(qū)域），儀表盤(pán)顯示（下部紅色區(qū)域）上的值被削減到前8位，這與測(cè)試要求不符。還發(fā)現(xiàn)這個(gè)區(qū)域可以設(shè)置非數(shù)值，因?yàn)閿?shù)據(jù)不被解釋為數(shù)字而是被解釋為字符串。
圖10在導(dǎo)航數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的測(cè)試示例
4.結(jié)論
本文介紹了針對(duì)IPC單元的汽車(chē)SW測(cè)試技術(shù)，它為駕駛員提供了非常重要的視覺(jué)信息。討論了作為密集測(cè)試對(duì)象的IPC的主要功能，以及相應(yīng)的軟件和硬件測(cè)試環(huán)境和工具。
IPC的測(cè)試大多是手動(dòng)或半自動(dòng)化的，一方面取決于大量的IPC類(lèi)型和型號(hào)，另一方面取決于這些HW IPC型號(hào)的大量軟件版本和更新。很少有完全自動(dòng)化的測(cè)試工具用于將顯示圖標(biāo)與準(zhǔn)備好的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖標(biāo)進(jìn)行比較，但目前它們用于測(cè)試少量汽車(chē)組合。
可以看出，汽車(chē)測(cè)試需要測(cè)試人員具備跨學(xué)科技能。他們必須具有嵌入式系統(tǒng)、消息和事件驅(qū)動(dòng)編程方面的經(jīng)驗(yàn)，并且具有自動(dòng)化、電子、機(jī)械方面的知識(shí)，當(dāng)然還有測(cè)試和配置管理理論領(lǐng)域的知識(shí)。
轉(zhuǎn)自汽車(chē)電子與軟件
