汽车电气系统的集成测试

Posted 2021-05-01 汽车电子电气架构

       接着上篇文章介绍V模型右侧的三个测试验证阶段（零部件测试、子系统测试、整车需求确认）。对汽车电气系统进行集成测试的目的及其背后的理念与软件开发中的集成测试是相似的。软件需要先进行单元测试（对软件中的最小可测试单元进行检查和验证），再将单元组合在一起进行集成测试（也叫组装测试或联合测试。在单元测试的基础上，将所有模块按照设计要求组装成为子系统或系统，进行集成测试）。“单元”可以理解成人为规定的最小被测功能模块，单元测试是在软件开发过程中进行的最低级别的测试活动，对于整车厂来讲，零部件的软硬件开发一般由供应商完成，因此可以将每个“电气零件”作为最小的“被测功能模块”，V模型中的“零部件测试”就相当于软件的“单元测试”，是整车厂在进行整车级电气功能开发中的最低级别的测试活动，而由多个零部件组成的“子系统测试”则属于“集成测试”。之所以需要进行“集成测试”是基于这样一个基本原理：一些局部反映不出来的问题，在全局上很可能暴露出来。每个电气零件虽然能够单独地正常工作，但并不能保证连接起来也能正常工作。当把实现整车级电气功能所涉及的零件集成在一起时，不同功能之间很有可能会相互影响，这意味着一个整车级电气功能所涉及的“零部件测试”没有问题，但在集成测试时也会产生问题。

      举一反三，触类旁通、多做类比是非常重要的学习和思考方法，汽车行业的很多概念和技术方法并不是独有的，而是从其他行业借用而来。大家可以在平时的工作中经常思考这样一个问题：这个汽车行业的概念和技术方法是否也用在其它的行业，其它行业的概念和技术方法是否可以用在汽车行业，这对技术能力甚至创新能力的提高都非常有益处。

      下面通过回答2个比较典型的问题，来说明零部件测试、子系统测试以及整车需求确认这几个阶段。

第一个问题：零部件测试与子系统测试的区别？

1. 测试的关注点不同（零件为中心VS整车级电气功能为中心）：零部件测试以“零件”为中心，例如测试BCM的电气功能时，重点是以BCM为中心，给定初始条件和输入信号，测试其输出信号和执行动作是否满足“零部件设计“要求。此外，零件需要满足的电气性能、机械性能和化学性能测试都是零部件测试关注的重点，即通常所说的零件DV和PV试验。“子系统测试”是以“整车级电气功能”为中心，“零件”只是实现“整车级电气功能”的物质基础和技术手段。例如测试“位置灯控制”这个整车级电气功能，重点是测试其是否满足”子系统设计“要求，将”位置灯控制“作为一个整体，测试它是否满足”整车电源模式“的需求（上电工作还是下电也需要工作）、工作电压的需求（9-16V即可，还是需要更宽的工作电压范围）、关键时间参数需求（例如从位置灯开关操作有效，到位置灯点亮的延迟时间是否满足设计要求）。以上这3个需求都是对“位置灯控制”这个整车级电气功能的要求，但要满足这些要求，需要实现“位置灯控制”涉及的所有电气零件互相配合才能实现，因此在”子系统测试“之前对组成子系统的所有电气零件都进行测试是非常有必要的。整车厂一般是通过审核每个电气零件供应商的测试报告或者自己直接对电气零件进行测试的方式来保证这一点。所有电气零件尽可能在集成测试之前全部完成”零部件测试“，这样可以将集成测试所发现的问题定位在尽可能小的范围内，并且集成测试的过程将会大大地简化，集成测试人员可以将精力集中在电气零件之间的接口交互以及整车级电气功能的实现上，而不是陷入充满很多问题的电气零件中不能自拔。

2. 测试环境不同：BCM供应商没有条件将BCM放在真实的整车环境中做功能测试，一般是采用仿真的测试方法给BCM提供信号输入，BCM的输出驱动也是采用同等功率的负载来模拟测试。整车厂所做的“子系统测试”一般分为“台架测试”和“实车测试”，它们都是使用真实的电气零件和线束搭建的测试环境进行测试。这里需要注意一点，在软件行业中集成测试一般分为递增式和非递增式（递增测试是逐渐组合测试单元，而不是一次性组合所有的测试单元），但在汽车电气系统测试中，整车厂由于项目进度的时间限制，一般不会主动采用递增式的集成测试方式(  即不会先搭建一个子系统进行测试，测试完再搭建一个子系统测试，因此“子系统测试”并不能理解为对某个子系统的测试，而是整车范围的测试)，而是尽可能地一次性搭建完测试台架进行集成测试。在实际项目中，由于搭建测试台架所需要的电气零件和线束的交样时间不能保证完全一致，实践中也经常会出现搭建完部分电气零件后即开始测试的情况，这就导致了被动的递增式测试。

第二个问题：子系统测试与整车需求确认的区别：

    V模型中"子系统测试"和"整车需求确认"这2个阶段都属于“集成测试”，而且都是以“整车级电气功能”测试为中心，但它们之间是有区别的，其中最大的区别在于：子系统测试主要是验证整车级电气功能是否满足“子系统设计”的要求，而整车需求确认则带有一定的主观性和依赖经验，是确认整车级电气功能是否好用，设计是否合理，侧重用户感知和主观评价。“整车需求确认”是基于用户角度，以用户的需求和期望对电气功能进行确认、评价，发现潜在的电气功能问题并持续改进优化，以提高用户的满意度。评价测试需通过车辆驾乘人员在车辆静态、动态工况下，考虑车辆应用环境和场景，包括不同路况、电磁干扰场所、不同环境和天气、车辆因素、驾驶者因素等，结合车辆在使用过程中的实际感受和评价标准，从用户的满意度来确认电气功能。与用户相关的基本感知功能，如功能开启、关闭；用户感知的音频功能，如声音是否正确舒适；用户感知的视频功能，如内部、外部灯光是否舒适，UI界面是否友好等；用户频繁使用的车辆开关功能，使用是否良好，灵敏度、逻辑是否合理，是否符合大多数用户使用习惯；车辆功能操纵区域划分是否符合一般用户期望，是否利于用户操作等。在产品设计及使用过程中，站在用户的角度，分析功能需求、安全要求、人机工程要求，操作体验，综合评价各功能。在车辆功能评价测试中需要以客户需求及体验为中心，重点从人机交互角度评价功能定义。这里举2个技术方案满足设计要求，但主观评价有争议的例子：1. 在车辆上电时进行充电，在充电结束后，不能直接从上电状态启动车辆，需要先下电后再启动车辆。2. 各种报警和提示音的大小，有些需要经过主观评价后才能确定是否合适。

        汽车电气系统的集成测试需针对特定的环境场景进行测试验证。随着汽车电气功能日趋复杂，集成测试的零部件接口信息巨大，测试者无法实现穷举各种功能组合与场景的覆盖。成功有效的系统集成测试，并非完全依赖于测试内容的无限容量与系统集成测试压力的构建，更需测试人员不断深化理解测试需求，掌握一定的测试方法，在测试实践中持续总结经验，积累测试技巧。