一种面向底盘域HIL开放系统架构及标准化设计方法与流程

本发明涉及汽车电子控制，具体涉及一种面向底盘域hil开放系统架构及标准化设计方法。

背景技术：

1、随着汽车电动化、智能化的发展，现代底盘系统已演进为高度集成的复杂电控系统，集成了电子稳定程序（esp/esc）、电动助力转向（eps）、电控空气悬架、线控制动等关键控制器，对功能安全和实时性要求严苛。硬件在环（hil）测试作为底盘域电子控制单元（ecu）开发验证的核心手段，能够在实验室可控环境下将真实控制器与虚拟车辆模型连接，完成控制策略验证、故障注入测试和自动化测试等关键工作。

2、同时，底盘域ecu的软件开发已普遍遵循autosar规范，其信号名称和接口定义高度标准化。尽管hil测试应用广泛，但现有技术在架构设计上仍存在如下不足：

3、现有hil台架设计并未将ecu侧已固化的autosar接口定义作为台架设计的标准化输入，仍采用逐项查阅ecu手册、人工配置台架接口的开发方式。面对不同车型或平台的ecu，工程师需进行重复性的接口解析和配置工作，效率低下、易错性高，对工程师经验依赖性强。

4、现有asam xil等标准仅在api层面定义了测试框架的抽象接口，但未下沉到物理层——如故障注入（“ecu的pin_a对地短路100ms”）、传感器仿真（“电机转速信号模拟0-6000rpm”）等操作仍依赖厂商特定的指令格式或脚本语言，无法跨平台表达。测试脚本一旦包含物理层操作描述，便与特定硬件平台强绑定，更换或升级hil硬件时测试代码难以复用，迁移成本高昂。

5、底盘域hil测试的被测件不仅包含ecu，还包含主机厂提供的真实物理样件（如转向机总成、制动卡钳、减震器支柱等）。这些样件的安装孔位、固定螺栓位置和孔径完全由主机厂机械设计决定，不受autosar等电子架构标准的约束。现有hil台架须为每个样件单独设计加工安装夹具，更换主机厂或车型即需重新设计加工，机械固定装置成为台架搭建的最大重复性瓶颈，导致物理集成成本高、周期长、响应迟缓。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提出一种面向底盘域hil开放系统架构及标准化设计方法，能够解决现有hil测试系统因各层耦合、缺乏标准化机制，导致被测件接入依赖人工配置、系统难以跨平台移植、重复开发成本高的问题。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提出一种面向底盘域hil开放系统架构，包括：被测设备接口抽象层、台架资源映射层和软件工具适配层；

3、所述被测设备接口抽象层，用于面向被测件，将底盘域电子控制单元的软件接口定义和物理样件的安装参数转换为台架侧能够识别的标准化需求；

4、所述台架资源映射层，用于将所述被测设备接口抽象层输出的接口需求映射为具体台架设备资源的可配置执行指令；

5、所述软件工具适配层，用于封装与hil软件工具的交互，向上层应用提供标准化的工具调用接口；

6、被测设备接口抽象层、台架资源映射层和软件工具适配层之间通过标准化的数据交互协议进行通信。

7、基础方案的有益效果：本发明将底盘域hil测试系统划分为被测设备接口抽象层、台架资源映射层和软件工具适配层三个相互独立的层次，各层职责单一、边界清晰，改变了现有hil系统中被测件描述、台架资源配置与工具交互逻辑深度耦合的封闭式架构。当某一层次发生变化时（如更换被测件、调整台架设备资源或更换软件工具），仅需对相应层次进行局部调整，其余层次可保持不变，降低了系统维护与升级的成本和风险。

8、被测设备接口抽象层将底盘域电子控制单元的软件接口定义和物理样件的安装参数统一转换为台架侧能够识别的标准化需求，使形态各异、接口定义各不相同的底盘域ecu及物理样件能够以统一的标准化形式被台架识别并接纳。这解决了不同被测件接入hil台架时需逐一定制接口适配的问题，缩短了新被测件的台架接入周期，提高了台架对多样化被测件的兼容能力。

9、台架资源映射层将标准化的接口需求自动映射为具体台架设备资源的可配置执行指令，将需求与实现分离：上层只需表达需要什么，由映射层解决由哪台设备、以何种配置实现。使得同一套标准化需求可灵活映射到不同规模、不同厂商的台架设备资源上，当台架硬件资源扩充或更换时，无需修改上层应用，提升了测试系统的资源配置灵活性和复用价值。

10、软件工具适配层封装与各类hil软件工具的交互细节，向上层应用提供标准化的工具调用接口，屏蔽了不同hil软件工具在接口协议、操作方式上的差异。上层应用和测试开发人员无需掌握各工具的私有接口即可开展测试工作，一方面降低了使用门槛和学习成本，另一方面使测试系统不再绑定于特定hil软件工具，具备跨工具的可移植能力。

11、三个层次之间通过标准化的数据交互协议进行通信，而非私有耦合式调用，保证了层间数据交互的一致性、规范性和可验证性。各层可依据标准化协议独立开发、独立升级或独立替换，支持第三方按照协议接入替换某一层组件，增强了整体架构的开放性，形成“开放架构+标准协议”的技术体系，为构建可组合、可扩展的底盘域hil测试生态奠定基础。

12、作为一种可实施的优选方案，所述被测设备接口抽象层包括：

13、底盘域被测设备接口模板库，预置有制动、转向、悬架三类被测件的标准接口模板，每个模板包括电气接口模板和物理安装参数模块；所述电气接口模板基于对应电子控制单元类型的autosar软件组件接口描述，定义总线、供电电源、硬线信号的通用需求规格；所述物理安装参数模板记录物理样件的典型外形尺寸范围和安装方式；

14、台架资源映射引擎，用于读取被测电子控制单元的描述文件，提取软件组件端口定义、总线信号属性及硬线信号属性，并与所述底盘域被测设备接口模板库中的电气接口模板进行匹配，自动生成该电子控制单元所需的台架电气接口资源清单。

15、作为一种可实施的优选方案，所述台架资源映射引擎包括：

16、arxml解析模块，用于加载并校验arxml文件，遍历xml文档对象树提取软件组件标识、端口列表、控制器局域网报文及信号属性、硬线信号属性，并建立信号到软件组件端口的映射关系，输出电子控制单元信号集合；

17、模板匹配与差异识别模块，用于对解析得到的信号集合与模板库中的标准信号进行名称归一化和相似度计算，构建匹配集合、模板未匹配集合和电子控制单元未匹配集合，并计算信号差异度计算公式如下：

18、

19、其中，为模板未匹配集合元素数，为电子控制单元未匹配集合元素数，为模板信号集合，为ecu信号集合；根据差异度与预设阈值的比较结果判定匹配成功或失败，并输出匹配报告；

20、电气接口资源需求生成模块，用于根据匹配报告中的信号类别和属性集，生成对应的台架资源需求条目，输出资源需求集合；

21、台架资源分配模块，用于基于约束最佳适应递减分配算法，将资源需求集合中的需求项分配至台架配置描述文件定义的可用资源池中，生成资源分配表。

22、作为一种可实施的优选方案，所述台架资源映射层包括：

23、硬件在环接口描述语言解析引擎，用于解释执行以硬件在环接口描述语言编写的物理接口描述脚本，所述脚本采用通用语法统一描述故障注入、传感器仿真、负载模拟等物理层操作，与具体硬件设备解耦；

24、接口资源映射器，用于接收台架接口资源清单，根据台架配置描述文件中定义的资源分配规则，将接口需求匹配到台架的具体硬件通道；

25、标准化台架资源池，定义台架中各类硬件资源的标准接口规范；

26、物理安装夹具系统，为一种自组装多模态的模块化机械固定平台，包括底座框架、可调节支撑臂和标准化安装孔板，用于将物理样件和电子控制单元固定于台架。

27、作为一种可实施的优选方案，所述软件工具适配层包括：

28、仿真建模工具接口，用于封装建模工具的被控对象模型加载和参数配置接口，通过标准化的模型配置描述格式实现模型在不同hil平台软件环境中的加载和运行；

29、测试管理工具接口，用于封装测试管理工具的测试用例加载和执行接口，将平台无关的抽象描述测试用例翻译为目标工具的可执行脚本；

30、总线监控工具接口，用于封装总线监控工具的总线信号观测和标定接口，提供统一的信号读写通道；

31、实时执行环境接口，用于封装实时执行环境的目标机部署和运行控制接口。

32、作为一种可实施的优选方案，所述标准化的数据交互协议包括：

33、接口需求描述格式报文，由所述被测设备接口抽象层生成并发送至台架资源映射层，包含被测件基本信息、电气接口需求列表、物理安装参数集合、故障注入需求列表及模板匹配结果摘要；

34、资源配置描述格式报文，由所述台架资源映射层生成并发送至软件工具适配层，包含资源分配结果列表、未分配资源需求列表、硬件在环接口描述语言编译产物、各软件工具的配置映射表及夹具系统调节参数。

35、第二方面，本发明还提供一种面向底盘域hil开放系统的标准化设计方法，应用于上述的一种面向底盘域hil开放系统架构，包括以下步骤：

36、执行描述文件解析，提取电子控制单元全量信号集合；

37、执行模板匹配与差异识别，将解析得到的信号集合与底盘域被测设备接口模板库中的标准模板进行匹配，计算信号差异度并输出匹配报告；

38、物理样件安装参数采集，测量物理样件的实际安装孔位坐标、孔径及外形尺寸，录入被测设备模板库；

39、生成电气接口资源需求列表，根据匹配报告中的信号类别和属性生成台架资源需求条目；

40、执行台架资源分配，基于约束最佳适应递减分配算法将资源需求分配至可用资源池，生成资源分配表；

41、生成标准化接口需求描述报文，层间传输至台架资源映射层；

42、生成硬件在环接口描述语言脚本并完成编译，生成目标平台可执行的硬件指令序列；

43、生成自组装多模态夹具系统调节参数，计算模块化机械固定平台的支撑臂位置及孔板选型；

44、生成标准化资源配置描述报文，层间传输至软件工具适配层；

45、完成软件工具适配与全系统部署，通过标准化工具接口完成仿真建模、测试管理、总线监控及实时执行环境的配置。

46、作为一种可实施的优选方案，计算信号差异度并输出匹配报告的具体过程包括：

47、对信号集合和模板中的所有信号名称执行名称归一化预处理；

48、计算信号相似度，构建匹配集合、模板未匹配集合和电子控制单元未匹配集合；

49、根据公式计算信号：

50、

51、其中，为模板未匹配集合元素数，为电子控制单元未匹配集合元素数，为模板信号集合，为ecu信号集合；

52、若差异度小于或等于预设阈值，判定匹配成功，将未匹配信号分别标注为缺失的通用标准信号或新增的非标准信号；若差异度大于预设阈值，判定匹配失败，自动生成新域模板草稿。

53、作为一种可实施的优选方案，基于约束最佳适应递减分配算法进行资源分配的具体过程包括：

54、对资源需求进行预筛选和优先级排序；

55、定义兼容性检查函数，校验需求项与资源项的类型匹配度及规格兼容性；

56、按优先级由高到低排序得到高优先级需求队列，遍历高优先级需求队列，从满足兼容性检查且剩余可用通道数大于0的资源中，选择剩余通道数最小但仍完全满足需求的资源进行分配；

57、处理未分配需求，生成包含原因码和推荐解决措施的未分配需求列表。

58、作为一种可实施的优选方案，还包括全系统部署后的运行阶段交互步骤：

59、启动各层之间的周期性心跳保活机制；

60、在运行阶段，层间交互切换为异步发布-订阅模式，台架资源映射层通过事件总线实时发布硬件资源状态变更事件，软件工具适配层订阅该事件并根据事件类型执行相应的测试控制操作。