CN213658261U - 一种基于scalexio的eps注入测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于SCALEXIO的EPS注入测试平台，包括有底板、台架、上位机、SCALEXIO硬件***、电源模块、负载电动缸、继电器和转向器总成，其中SCALEXIO硬件***、电源模块、负载电动缸、继电器和转向器总成均装配在底板上，底板装配在台架后端，上位机设在台架的上端，上位机通过网线与SCALEXIO硬件***相连接，台架上还装配有方向盘，方向盘通过转向管柱和万向传动轴与转向器总成相连接，有益效果：操作方便、通用性强，同时具有更高的自动化程度，能够实现从自动驾驶层面对EPS***开展高自动化，高精度的故障注入测试，验证***安全设计的正确性和合理性。

Description

一种基于SCALEXIO的EPS注入测试平台

技术领域

本实用新型涉及一种EPS注入测试平台，特别涉及一种基于SCALEXIO的EPS 注入测试平台。

背景技术

目前，同时随着自动驾驶等级的提高，驾驶员在安全概念中的补偿作用在逐渐消失，对车辆的整个产品生命周期的功能安全也提出了更高的要求， ISO26262道路车辆功能安全标准推荐采用故障注入的测试方法验证***安全设计的正确性和合理性。但是，目前现有的EPS***故障注入测试平台，往往采用直接损害传感器、短接线路或基于模型的方法，导致故障注入测试具有较低的自动化程度和测试精度，另外难以满足面向自动驾驶的EPS***的功能安全测试的需求。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有的EPS***故障注入测试平台，往往采用直接损害传感器、短接线路或基于模型的方法，导致故障注入测试具有较低的自动化程度和测试精度，另外难以满足面向自动驾驶的EPS***的功能安全测试需求的问题而提供的一种基于SCALEXIO的EPS注入测试平台。

本实用新型提供的基于SCALEXIO的EPS注入测试平台包括有底板、台架、上位机、SCALEXIO硬件***、电源模块、负载电动缸、继电器和转向器总成，其中SCALEXIO硬件***、电源模块、负载电动缸、继电器和转向器总成均装配在底板上，底板装配在台架后端，上位机设在台架的上端，上位机通过网线与 SCALEXIO硬件***相连接，台架上还装配有方向盘，方向盘通过转向管柱和万向传动轴与转向器总成相连接，转向器总成中ECU的方向盘转矩信号接口与转角信号接口分别与SCALEXIO硬件***中的SENT信号发生通道以及CAN信号发生通道相连，SCALEXIO硬件***将方向盘转矩以及转角信息以无故障的形式或者以注入故障的形式发送给转向器总成中的ECU，电源模块通过继电器与负载电动缸和转向器总成相连接，电源模块为负载电动缸和转向器总成提供电力，继电器与SCALEXIO硬件***中的数字量输出通道相连接，SCALEXIO硬件***通过输出数字量信号控制继电器开关来控制转向器总成和负载电动缸的上电与下电，负载电动缸与转向器总成之间通过连接件相连接。

台架的前方对应方向盘的位置处设置有座椅，座椅装配在台架上，底板为铝板。

方向盘下部的转向管柱上装配有转角传感器和转矩传感器，转角传感器和转矩传感器分别通过SENT以及CAN通讯接口与SCALEXIO硬件***中的SENT信号测量通道以及CAN信号测量通道连接，转角传感器和转矩传感器分别与电源模块相连接并由电源模块提供电力。

负载电动缸与转向器总成之间的连接件上装配有拉压力传感器，拉压力传感器与SCALEXIO硬件***相连接，SCALEXIO硬件***通过模拟量接口接收拉压力传感器的采集信息，拉压力传感器与电源模块相连接并由电源模块提供电力。

SCALEXIO硬件***为dSPACE公司生产的一款实时仿真平台，其包括多核处理器，DS2680 I/O板卡，2672总线模块，DS2671总线板卡以及内部集成的中央 FIU单元；多核处理器用于运行仿真模型；I/O板卡包括数字量输入输出通道，模拟量输入输出通道，SENT信号输入输出通道；总线模块以及总线板卡包含多路总线通道，每个通道能够配置为CAN通道，用于实现Simulink中通讯模型与 EPS***ECU之间的实时通讯；内部集成的中央FIU单元用于模拟传感器接线故障；SCALEXIO硬件***支持Simulink，CarSim，包含软件ConfigurationDesk、ControlDesk等，上位机用来为PreScan，CarSim，Simulink，ControlDesk， ConfigurationDesk等软件的设置以及控制算法的编写提供操作界面，同时用来监控仿真过程，显示、分析、保存仿真结果。

电源模块选用的是艾斯克斯IT6700系列可编程直流电源。

负载电动缸选用的型号是北京道臣ECB093。

拉压力传感器选用的型号是美国世铨STC-1.5t。

上述的上位机、继电器、转向器总成、转角传感器和转矩传感器均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本实用新型提供的基于SCALEXIO的EPS***故障注入测试方法，其方法如下所述：

第一步、通讯调试；

第二步、无故障模式硬件在环试验；

第三步、模拟传感器接线故障测试；

第四步、模拟传感器失效及CAN通信失效故障测试。

第一步中通讯调试的具体步骤如下：

步骤一、在CarSim中建立目标车辆的整车动力学模型，并根据需求选取输入输出变量，输入方向盘转角、车速、输出轮速和齿条端阻力信息；

步骤二、在Simulink中建立负载电动缸控制模型、电源模块控制模型以及 EPS***通讯模型；

步骤三、在ConfigurationDesk软件中为模型接口配置相应SCALEXIO硬件***的I/O接口，并进行编译生成SDF、RTA、RTC、MAP文件，将编译生成的文件下载至多核实时处理器；

步骤四、在ControlDesk软件中建立人机交互界面，控制电源模块给转向器总成以及负载电动缸上电，并进行调试，保证转向器总成，各项高级驾驶辅助功能以及负载电动缸处于正常工作状态。

第二步中无故障模式硬件在环试验的具体步骤如下：

步骤一、在PreScan软件中调整***设置参数以及车辆动力学模型参数，搭建智能驾驶车辆运行场景，并利用CAN卡实现上位机中PreScan模型与多核实时处理器中CarSim车辆动力学模型进行实时通讯；

步骤二、利用从PreSan中获取的环境信息以及从CarSim中获取的车辆状态信息，在Simulink中搭建高级自动驾驶控制算法，并与在环硬件的模型接口连接；

步骤三、在ConfigurationDesk软件中新建项目和试验，导入模型，为模型接口配置相应SCALEXIO硬件***的I/O接口，并进行编译生成SDF、RTA、RTC 和MAP文件，将编译生成的文件下载至多核实时处理器；

步骤四、在ControlDesk软件中新建项目和试验，建立人机交互界面，通过人机交互界面控制电源模块给转向器总成以及负载电动缸上电，并在无故障模式下完成硬件在环试验，试验的操控、数据监测及记录都通过ControlDesk 实现。

第三步中模拟传感器接线故障测试的具体步骤如下：

步骤一、在ConfigurationDesk软件中新建项目和试验，导入无故障模式硬件在环试验所用模型，为模型接口配置相应SCALEXIO硬件***的I/O接口，并对信号通道选取允许的故障类型，包括开路、对地短路、对电源短路、对信号发生通道短路、对信号测量通道短路和对总线通道短路，最后进行编译生成 SDF、RTA、RTC和MAP文件，将编译生成的文件下载至多核实时处理器；

步骤二、在ControlDesk软件中新建项目和试验，建立人机交互界面，通过人机交互界面控制电源模块给转向器总成以及负载电动缸上电，在电气故障仿真端口界面建立相应的故障集，利用手动触发或软件触发的方式切换故障类型，对在环硬件开展故障注入测试，测试的操控、数据监测及记录都通过 ControlDesk实现。

第四步中模拟传感器失效及CAN通信失效故障测试的具体步骤如下：

步骤一、在搭建的无故障模式硬件在环试验的Simulink模型中为需要注入故障的信号建立相应的故障模式，包括以下几种：

①传感器卡死：

y_m＝C_s

式中，y_m是传感器的测量值，C_s为固定常数，是传感器卡死故障情况下的输出值；

②传感器噪声大：

y_m＝y_real+N(0，σ_s)

式中，y_real为测量变量的真值，σ_s是传感器出现噪声干扰下的噪声标准差；

③传感器漂移：

y_m＝y_real+N(μ_s，σ₀)

式中，μ_s是传感器出现漂移干扰下的偏差；

④传感器出现噪声与漂移的复合故障：

y_m＝y_real+N(μ_s，σ_s)

⑤对特定总线信号进行故障信息编辑和注入；

步骤二、在ConfigurationDesk软件中新建项目和试验，导入注入故障模型，为模型接口配置相应SCALEXIO硬件***的I/O接口，并进行编译生成SDF、 RTA、RTC和MAP文件，将编译生成的文件下载至多核实时处理器；

步骤三、在ControlDesk软件中新建项目和试验，建立人机交互界面，通过人机交互界面控制电源模块给转向器总成以及负载电动缸上电，并在变量管理窗口中将需要注入的故障变量拖入到相应的交互界面的控件中，通过人机交互界面控制故障注入的类型以及数值的大小，对在环硬件开展故障注入测试，测试的操控、数据监测及记录都通过ControlDesk实现。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的技术方案是利用SCALEXIO硬件***高效模拟传感器接线故障，传感器以及CAN通信失效故障等多种故障模式，操作方便、通用性强，同时具有更高的自动化程度，本实用新型搭建具有高精度模拟路面转向阻力的半实物在环仿真平台，提高测试结果的准确性，此外本实用新型通过PreScan， CarSim，Simulink等软件设置车辆自动驾驶场景以及算法模型，配合高精度的半实物在环仿真平台，能够实现从自动驾驶层面对EPS***开展高自动化，高精度的故障注入测试，验证***安全设计的正确性和合理性。

附图说明

图1为本实用新型所述测试平台的正视图。

图2为本实用新型所述测试平台的俯视图。

图3为本实用新型所述测试平台的拓扑图。

图4为本实用新型所述测试方法的流程图。

上图中的标注如下：

1、底板 2、台架 3、上位机 4、SCALEXIO硬件*** 5、电源模块 6、负载电动缸 7、继电器 8、转向器总成 9、方向盘 10、转向管柱 11、万向传动轴 12、连接件 13、座椅 14、转角传感器 15、转矩传感器 16、拉压力传感器。

具体实施方式

请参阅图1至图4所示：

本实用新型提供的基于SCALEXIO的EPS注入测试平台包括有底板1、台架 2、上位机3、SCALEXIO硬件***4、电源模块5、负载电动缸6、继电器7和转向器总成8，其中SCALEXIO硬件***4、电源模块5、负载电动缸6、继电器7 和转向器总成8均装配在底板1上，底板1装配在台架2后端，上位机3设在台架2的上端，上位机3通过网线与SCALEXIO硬件***4相连接，台架2上还装配有方向盘9，方向盘9通过转向管柱10和万向传动轴11与转向器总成8相连接，转向器总成8中ECU的方向盘转矩信号接口与转角信号接口分别与 SCALEXIO硬件***4中的SENT信号发生通道以及CAN信号发生通道相连， SCALEXIO硬件***4将方向盘转矩以及转角信息以无故障的形式或者以注入故障的形式发送给转向器总成8中的ECU，电源模块5通过继电器7与负载电动缸 6和转向器总成8相连接，电源模块5为负载电动缸6和转向器总成8提供电力，继电器7与SCALEXIO硬件***4中的数字量输出通道相连接，SCALEXIO硬件***4通过输出数字量信号控制继电器7开关来控制转向器总成8和负载电动缸6 的上电与下电，负载电动缸6与转向器总成8之间通过连接件12相连接。

台架2的前方对应方向盘9的位置处设置有座椅13，座椅13装配在台架2 上，底板1为铝板。

方向盘9下部的转向管柱10上装配有转角传感器14和转矩传感器15，转角传感器14和转矩传感器15分别通过SENT以及CAN通讯接口与SCALEXIO硬件***4中的SENT信号测量通道以及CAN信号测量通道连接，转角传感器14 和转矩传感器15分别与电源模块5相连接并由电源模块5提供电力。

负载电动缸6与转向器总成8之间的连接件12上装配有拉压力传感器16，拉压力传感器16与SCALEXIO硬件***4相连接，SCALEXIO硬件***4通过模拟量接口接收拉压力传感器16的采集信息，拉压力传感器16与电源模块5相连接并由电源模块5提供电力。

SCALEXIO硬件***4为dSPACE公司生产的一款实时仿真平台，其包括多核处理器，DS2680 I/O板卡，2672总线模块，DS2671总线板卡以及内部集成的中央FIU单元；多核处理器用于运行仿真模型；I/O板卡包括数字量输入输出通道，模拟量输入输出通道，SENT信号输入输出通道；总线模块以及总线板卡包含多路总线通道，每个通道能够配置为CAN通道，用于实现Simulink中通讯模型与 EPS***ECU之间的实时通讯；内部集成的中央FIU单元用于模拟传感器接线故障；SCALEXIO硬件***支持Simulink，CarSim，包含软件ConfigurationDesk、 ControlDesk等，上位机用来为PreScan，CarSim，Simulink，ControlDesk， ConfigurationDesk等软件的设置以及控制算法的编写提供操作界面，同时用来监控仿真过程，显示、分析、保存仿真结果。

电源模块5选用的是艾斯克斯IT6700系列可编程直流电源。

负载电动缸6选用的型号是北京道臣ECB093。

拉压力传感器16选用的型号是美国世铨STC-1.5t。

上述的上位机3、继电器7、转向器总成8、转角传感器14和转矩传感器 15均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本实用新型提供的基于SCALEXIO的EPS***故障注入测试方法，其方法如下所述：

第一步、通讯调试；

第二步、无故障模式硬件在环试验；

第三步、模拟传感器接线故障测试；

第四步、模拟传感器失效及CAN通信失效故障测试。

第一步中通讯调试的具体步骤如下：

步骤一、在CarSim中建立目标车辆的整车动力学模型，并根据需求选取输入输出变量，输入方向盘转角、车速、输出轮速和齿条端阻力信息；

步骤二、在Simulink中建立负载电动缸6控制模型、电源模块5控制模型以及EPS***通讯模型；

步骤三、在ConfigurationDesk软件中为模型接口配置相应SCALEXIO硬件***4的I/O接口，并进行编译生成SDF、RTA、RTC、MAP文件，将编译生成的文件下载至多核实时处理器；

步骤四、在ControlDesk软件中建立人机交互界面，控制电源模块5给转向器总成8以及负载电动缸6上电，并进行调试，保证转向器总成，各项高级驾驶辅助功能以及负载电动缸6处于正常工作状态。

第二步中无故障模式硬件在环试验的具体步骤如下：

步骤一、在PreScan软件中调整***设置参数以及车辆动力学模型参数，搭建智能驾驶车辆运行场景，并利用CAN卡实现上位机3中PreScan模型与多核实时处理器中CarSim车辆动力学模型进行实时通讯；

步骤二、利用从PreSan中获取的环境信息以及从CarSim中获取的车辆状态信息，在Simulink中搭建高级自动驾驶控制算法，并与在环硬件的模型接口连接；

步骤三、在ConfigurationDesk软件中新建项目和试验，导入模型，为模型接口配置相应SCALEXIO硬件***4的I/O接口，并进行编译生成SDF、RTA、 RTC和MAP文件，将编译生成的文件下载至多核实时处理器；

步骤四、在ControlDesk软件中新建项目和试验，建立人机交互界面，通过人机交互界面控制电源模块5给转向器总成8以及负载电动缸6上电，并在无故障模式下完成硬件在环试验，试验的操控、数据监测及记录都通过 ControlDesk实现。

第三步中模拟传感器接线故障测试的具体步骤如下：

步骤一、在ConfigurationDesk软件中新建项目和试验，导入无故障模式硬件在环试验所用模型，为模型接口配置相应SCALEXIO硬件***4的I/O接口，并对信号通道选取允许的故障类型，包括开路、对地短路、对电源短路、对信号发生通道短路、对信号测量通道短路和对总线通道短路，最后进行编译生成 SDF、RTA、RTC和MAP文件，将编译生成的文件下载至多核实时处理器；

步骤二、在ControlDesk软件中新建项目和试验，建立人机交互界面，通过人机交互界面控制电源模块5给转向器总成8以及负载电动缸6上电，在电气故障仿真端口界面建立相应的故障集，利用手动触发或软件触发的方式切换故障类型，对在环硬件开展故障注入测试，测试的操控、数据监测及记录都通过ControlDesk实现。

第四步中模拟传感器失效及CAN通信失效故障测试的具体步骤如下：

步骤一、在搭建的无故障模式硬件在环试验的Simulink模型中为需要注入故障的信号建立相应的故障模式，包括以下几种：

①传感器卡死：

y_m＝C_s

式中，y_m是传感器的测量值，C_s为固定常数，是传感器卡死故障情况下的输出值；

②传感器噪声大：

y_m＝y_real+N(0，σ_s)

式中，y_real为测量变量的真值，σ_s是传感器出现噪声干扰下的噪声标准差；

③传感器漂移：

y_m＝y_real+N(μ_s，σ₀)

式中，μ_s是传感器出现漂移干扰下的偏差；

④传感器出现噪声与漂移的复合故障：

y_m＝y_real+N(μ_s，σ_s)

⑤对特定总线信号进行故障信息编辑和注入；

步骤二、在ConfigurationDesk软件中新建项目和试验，导入注入故障模型，为模型接口配置相应SCALEXIO硬件***4的I/O接口，并进行编译生成SDF、 RTA、RTC和MAP文件，将编译生成的文件下载至多核实时处理器；

步骤三、在ControlDesk软件中新建项目和试验，建立人机交互界面，通过人机交互界面控制电源模块5给转向器总成8以及负载电动缸6上电，并在变量管理窗口中将需要注入的故障变量拖入到相应的交互界面的控件中，通过人机交互界面控制故障注入的类型以及数值的大小，对在环硬件开展故障注入测试，测试的操控、数据监测及记录都通过ControlDesk实现。

Claims (4)

1.一种基于SCALEXIO的EPS注入测试平台，其特征在于：包括有底板、台架、上位机、SCALEXIO硬件***、电源模块、负载电动缸、继电器和转向器总成，其中SCALEXIO硬件***、电源模块、负载电动缸、继电器和转向器总成均装配在底板上，底板装配在台架后端，上位机设在台架的上端，上位机通过网线与SCALEXIO硬件***相连接，台架上还装配有方向盘，方向盘通过转向管柱和万向传动轴与转向器总成相连接，转向器总成中ECU的方向盘转矩信号接口与转角信号接口分别与SCALEXIO硬件***中的SENT信号发生通道以及CAN信号发生通道相连，SCALEXIO硬件***将方向盘转矩以及转角信息以无故障的形式或者以注入故障的形式发送给转向器总成中的ECU，电源模块通过继电器与负载电动缸和转向器总成相连接，电源模块为负载电动缸和转向器总成提供电力，继电器与SCALEXIO硬件***中的数字量输出通道相连接，SCALEXIO硬件***通过输出数字量信号控制继电器开关来控制转向器总成和负载电动缸的上电与下电，负载电动缸与转向器总成之间通过连接件相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于SCALEXIO的EPS注入测试平台，其特征在于：所述的台架的前方对应方向盘的位置处设置有座椅，座椅装配在台架上，底板为铝板。

3.根据权利要求1所述的一种基于SCALEXIO的EPS注入测试平台，其特征在于：所述的方向盘下部的转向管柱上装配有转角传感器和转矩传感器，转角传感器和转矩传感器分别通过SENT以及CAN通讯接口与SCALEXIO硬件***中的SENT信号测量通道以及CAN信号测量通道连接，转角传感器和转矩传感器分别与电源模块相连接并由电源模块提供电力。

4.根据权利要求1所述的一种基于SCALEXIO的EPS注入测试平台，其特征在于：所述的负载电动缸与转向器总成之间的连接件上装配有拉压力传感器，拉压力传感器与SCALEXIO硬件***相连接，SCALEXIO硬件***通过模拟量接口接收拉压力传感器的采集信息，拉压力传感器与电源模块相连接并由电源模块提供电力。

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