面向教學(xué)科研的汽車電氣與電子控制系統(tǒng)開發(fā)及測試實驗室
概述
智能汽車時代，車內(nèi)系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜性日益增強，對EE架構(gòu)、軟件開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通訊以及測試驗證的能力和需求不斷提高，汽車正逐漸向開放、軟件定義汽車的方向發(fā)展。為滿足復(fù)合型人才的需求，解決當(dāng)前學(xué)生工程開發(fā)及實踐能力不足的問題，需要與汽車行業(yè)實際的應(yīng)用進行適配。經(jīng)緯恒潤以量產(chǎn)車型電子電氣開發(fā)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，推出與企業(yè)研發(fā)測試同步的面向教學(xué)科研的汽車電子電氣開發(fā)驗證實驗室，旨在從產(chǎn)業(yè)中來到教學(xué)中去，產(chǎn)教融合。
實驗室建設(shè)方案——以行業(yè)需求為導(dǎo)向提高教育競爭力
傳統(tǒng)的教學(xué)方式以基礎(chǔ)教育為導(dǎo)向，比如關(guān)注基礎(chǔ)理論教學(xué)，但缺少實踐。即使有實踐環(huán)節(jié)，也是以與企業(yè)工程實踐脫節(jié)的實訓(xùn)為主。很難達學(xué)生所學(xué)即企業(yè)所需，但往往只有實驗設(shè)備但不掌握設(shè)計過程，不了解過程設(shè)計方法和流程，學(xué)生往往也是知其然而不知其所以然，也很難提高競爭力。
為了打破這種兩頭局面，經(jīng)緯恒潤圍繞智能網(wǎng)聯(lián)汽車電子電氣控制系統(tǒng)開發(fā)驗證實驗室建設(shè)為目標(biāo)，以行業(yè)需求為導(dǎo)向，按照汽車行業(yè)“V”模式，導(dǎo)入從EE架構(gòu)設(shè)計到EE仿真測試驗證全鏈路流程，引入行業(yè)主流的開發(fā)工具與測試仿真設(shè)備。為教學(xué)科研建立完整的智能網(wǎng)聯(lián)實驗室，讓師生團隊掌握完成EE架構(gòu)開發(fā)流程體系及驗證方法，支撐后續(xù)應(yīng)用。
在行業(yè)視角下，整車電子電氣開發(fā)會涉及到以下關(guān)鍵技術(shù)和過程：
- 整車電子電氣（EE）開發(fā)
— EE架構(gòu)設(shè)計
— 功能安全開發(fā)
— 信息安全開發(fā)
— 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開發(fā)
— …
- 軟件開發(fā)
— 基于AutoSar的基礎(chǔ)軟件開發(fā)
— 嵌入式代碼集成
— 算法開發(fā)
— 應(yīng)用軟件開發(fā)
— …
- 硬件開發(fā)
— 硬件開發(fā)
— 硬件測試
- 軟件測試
— 代碼測試
— 性能測試
— 信息安全測試
— 合格性測試
— …
- 仿真測試
— 智能駕駛域仿真測試
— 動力新能源域仿真測試
— 智能網(wǎng)聯(lián)域仿真測試
— …
- 基于實車的整車電子電氣測試
— 單部件及整車網(wǎng)絡(luò)測試
— 整車功能測試
— 功能安全測試
— 信息安全測試
— …
圖1 整車電子電氣開發(fā)流程
實驗室建設(shè)方案——以整車廠量產(chǎn)車型開發(fā)過程為基礎(chǔ)，構(gòu)建EE開發(fā)與測試全鏈路智能網(wǎng)聯(lián)實驗室
基于V模式的開發(fā)流程是汽車電子行業(yè)主流的開發(fā)模式，先進的開發(fā)模式保證了現(xiàn)代智能網(wǎng)聯(lián)汽車在電子電氣復(fù)雜度越來越高的情況下開發(fā)周期卻越來越短。
圖2 基于V模式的汽車電子電氣開發(fā)
EE開發(fā)及測試系統(tǒng)可以進行如圖所示的流程：
- EE架構(gòu)設(shè)計是整車廠開發(fā)的核心，一代EE架構(gòu)決定了圍繞這代架構(gòu)軟件、產(chǎn)品以及仿真測試。EE架構(gòu)先行，在整車開發(fā)初期需要對整車功能進行定義、功能實現(xiàn)方案的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計、通信系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)合虛擬整車要實現(xiàn)的功能點進行定義劃分、開發(fā)ECU控制器功能規(guī)范以及ECU控制器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計文件，指導(dǎo)下游ECU開發(fā)。
- 結(jié)合EE架構(gòu)中定義的目標(biāo)功能完成相關(guān)功能的功能安全開發(fā)、信息安全開發(fā)，輸出功能安全和信息安全設(shè)計需求規(guī)范，指導(dǎo)下游ECUs開發(fā)。
- 對相關(guān)軟硬件平臺進行選擇，根據(jù)功能架構(gòu)、功能安全、信息安全開發(fā)定義內(nèi)容對相關(guān)控制器進行底層驅(qū)動、中間件、應(yīng)用層開發(fā)，控制算法可以基于相關(guān)開發(fā)工具開發(fā)，并與控制對象物理模型組成閉環(huán)系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真(SIL)。
- 在開發(fā)的初期階段，快速地建立控制對象及控制器模型，并對整個控制系統(tǒng)進行多次的、離線的及在線的試驗來驗證控制系統(tǒng)軟硬件方案的可行性。這個過程我們稱之為原型控制器驗證。
- 開發(fā)過程中關(guān)鍵的一步是把原型控制器工具形成的代碼移植成高效的品代碼并轉(zhuǎn)移到控制器硬件上，形成最終的控制器產(chǎn)品。
- 在產(chǎn)品上車之前，采用真實的控制器，被控對象或者系統(tǒng)運行環(huán)境部分采用實際的物體，部分采用實時數(shù)字模型來模擬，進行整個系統(tǒng)的仿真測試，這個過程我們稱之為硬件在回路仿真(HIL)。
- 測試臺架測試是保證車輛滿足設(shè)計要求的關(guān)鍵，包括臺架網(wǎng)絡(luò)測試、功能測試、功能安全測試、信息安全測試。
從整車EE開發(fā)過程維度各個過程/擬建設(shè)實驗室的之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如下：
圖3 實驗室建設(shè)流程
配套課程方案
實驗室建成后，用于支撐教學(xué)及科研任務(wù)，具體可支撐教學(xué)課程規(guī)劃如下：
設(shè)備名稱 | 可支撐教學(xué)任務(wù)內(nèi)容 |
EE架構(gòu)開發(fā)軟件 | 1）EE功能架構(gòu)設(shè)計流程 2）網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計方案 3）Function list設(shè)計方法 4）功能分配設(shè)計及方案 5）子系統(tǒng)設(shè)計方法 6）EE架構(gòu)開發(fā)軟件實踐應(yīng)用 |
EE網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計軟件 | 1）網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計方法 2）網(wǎng)絡(luò)報文打包及ID分配原則 3）網(wǎng)絡(luò)DBC數(shù)據(jù)設(shè)計方法 4）網(wǎng)絡(luò)通信工具的應(yīng)用 |
功能安全開發(fā)及測試 | 1）功能安全開發(fā) 2）功能安全測試驗證 |
信息安全開發(fā)及測試 | 1）信息安全開發(fā)流程 2）信息安全功能開發(fā) 3）信息安全測試驗證 |
AutoSAR CP開發(fā) | 1）AUTOSAR CP軟件架構(gòu) 2）各BSW模塊功能 3）AUTOSAR CP開發(fā)流程 4）AUTOSAR CP工具鏈?zhǔn)褂?/p> |
基于模型設(shè)計的應(yīng)用軟件開發(fā)方法 | 1）matlab/simulink工具介紹及MBD開發(fā)基礎(chǔ) 2）應(yīng)用軟件開發(fā)流程 3）建模規(guī)范介紹 4）應(yīng)用軟件架構(gòu)設(shè)計 5）結(jié)合具體的軟件開發(fā)需求Demo講解應(yīng)用軟件開發(fā)過程 6）應(yīng)用軟件單元測試基礎(chǔ) 7）結(jié)合具體的Demo講解應(yīng)用軟件單元測試過程 8）代碼自動生成 9）應(yīng)用軟件功能調(diào)試和標(biāo)定 |
測試實驗室—智能駕駛HIL | 1）智能駕駛HIL工作原理 2）智能駕駛HIL硬件組成及信號流 3）HIL基礎(chǔ)軟件操作 4）復(fù)雜多體車輛動力模型學(xué)習(xí) 5）場景引擎工作原理學(xué)習(xí) 6）智能駕駛傳感器原理學(xué)習(xí) 7）智能駕駛常見感知定位算法學(xué)習(xí) 8）智能駕駛域控功能規(guī)范解讀 9）智能駕駛相關(guān)法規(guī)學(xué)習(xí) 10）智能駕駛域控與HIL的開環(huán)調(diào)試方法 11）智能駕駛域控與HIL的閉環(huán)調(diào)試流程和方法 12）測試?yán)碚?/p> 13）OpenX標(biāo)準(zhǔn)體系學(xué)習(xí) 14）靜態(tài)場景搭建方法學(xué)習(xí) 15）動態(tài)場景搭建方法 16）動態(tài)場景調(diào)試 17）自動化測試過程策劃 18）自動化測試用例腳本搭建 19）自動化測試腳本調(diào)試 20）自動化測試腳本執(zhí)行報告生成、報告分析 |
測試實驗室—網(wǎng)聯(lián)HIL | 1）智能駕駛HIL工作原理 2）智能駕駛HIL硬件組成及信號流 3）V2X標(biāo)準(zhǔn)解讀 4）TBOX功能規(guī)范解讀 5）TBOX與HIL的開環(huán)調(diào)試方法 6）TBOX與HIL的閉環(huán)調(diào)試方法 7）靜態(tài)場景搭建方法學(xué)習(xí) 8）動態(tài)場景搭建方法 9）動態(tài)場景調(diào)試 10）自動化測試過程策劃 11）自動化測試用例腳本搭建 12）自動化測試腳本調(diào)試 13）自動化測試腳本執(zhí)行報告生成、報告分析 |
測試實驗室—VCU HIL | 1）VCU HIL原理 2）VCU HIL硬件組成及信號流 3）VCU HIL硬件原理 4）VCU HIL軟件操作 5）車輛縱向動力學(xué)原理學(xué)習(xí) 6）VCU功能規(guī)范解讀 7）VCU與HIL的開環(huán)調(diào)試方法 8）VCU與HIL的閉環(huán)調(diào)試流程和方法 9）測試?yán)碚?/p> 10）自動化測試過程策劃 11）自動化測試用例腳本搭建 12）自動化測試腳本調(diào)試 13）自動化測試腳本執(zhí)行報告生成、報告分析 |
測試實驗室—BMS HIL | 1）BMS HIL工作原理 2）BMS HIL信號流 3）BMS常見傳感器工作原理與HIL模擬方法 4）動力電池基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí) 5）動力電池模型原理學(xué)習(xí) 6）BMS功能規(guī)范解讀 7）BMS與HIL的開環(huán)調(diào)試方法 8）BMS與HIL的閉環(huán)調(diào)試流程和方法 9）測試?yán)碚?/p> 10）自動化測試過程策劃 11）自動化測試用例腳本搭建 12）自動化測試腳本調(diào)試 13）自動化測試腳本執(zhí)行報告生成、報告分析 |
測試實驗室—MCU HIL | 1）MCU HIL工作原理 2）MCU HIL信號流 3）MCU常見傳感器工作原理與HIL模擬方法 4）電機基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí) 5）電機控制理論學(xué)習(xí) 6）電機模型原理學(xué)習(xí) 7）MCU功能規(guī)范解讀 8）MCU與HIL的開環(huán)調(diào)試方法 9）MCU與HIL的閉環(huán)調(diào)試流程和方法 10）測試?yán)碚?/p> 11）自動化測試過程策劃 12）自動化測試用例腳本搭建 13）自動化測試腳本調(diào)試、自動化測試腳本執(zhí)行報告生成、報告分析 |
測試實驗室—底盤 HIL | 1）底盤 HIL工作原理 2）底盤 HIL信號流 3）底盤臺架組成和原理學(xué)習(xí) 4）底盤常見傳感器工作原理與HIL模擬方法 5）車輛動力學(xué)理論學(xué)習(xí) 6）底盤域控功能規(guī)范解讀 7）底盤域控與HIL的開環(huán)調(diào)試方法 8）底盤域控與HIL的閉環(huán)調(diào)試流程和方法 9）測試?yán)碚?/p> 10）自動化測試過程策劃 11）自動化測試用例腳本搭建 12）自動化測試腳本調(diào)試 13）自動化測試腳本執(zhí)行報告生成、報告分析 |
預(yù)期收益
- 人才培養(yǎng)
— 通過全鏈路的電子電氣開發(fā)驗證實驗室構(gòu)建了與企業(yè)研發(fā)同步的研發(fā)測試平臺，做到所學(xué)即所用，與企業(yè)無縫銜接，提高就業(yè)競爭力。
— 通過建設(shè)實驗室，院校可以為學(xué)生提供更加真實的實踐環(huán)境。學(xué)生可以在該平臺上進行實驗、實踐和項目開發(fā)，更好地理解和掌握系統(tǒng)的原理、技術(shù)和應(yīng)用。這種實踐機會可以提高學(xué)生的實際操作能力和解決問題的能力，增強學(xué)生的就業(yè)競爭力。
— 實驗室可以促進跨學(xué)科的交流和合作。系統(tǒng)涉及到多個學(xué)科領(lǐng)域，如計算機科學(xué)、電子工程、車輛工程等。通過建設(shè)這樣的平臺，院校可以促進不同學(xué)科之間的交叉融合，讓學(xué)生更好地理解和掌握跨學(xué)科的知識和技能。
— 實驗室還可以為院校的人才培養(yǎng)提供有力的支撐。通過這種平臺，院校可以開展更加深入、系統(tǒng)的人才培養(yǎng)活動，如課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、科研項目等。
- 學(xué)科建設(shè)平臺及科研平臺
— 建設(shè)實驗室平臺可以促進學(xué)科專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。整車電子電氣一直是近年來新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展的重點及創(chuàng)新點，各個環(huán)節(jié)都具有很強的技術(shù)性和應(yīng)用性。通過建設(shè)專門的實驗室平臺，院校可以更好地滿足學(xué)生對汽車開發(fā)，仿真測試系統(tǒng)學(xué)習(xí)和實踐的需求，促進該學(xué)科的發(fā)展和壯大。
— 實驗室平臺可以提高院校在新能源和智能網(wǎng)聯(lián)EE架構(gòu)開發(fā)能力、汽車控制器開發(fā)及仿真的科研水平。通過建設(shè)實驗室平臺，院校可以吸引更多的科研人員和專家學(xué)者參與相關(guān)研究，開展前沿技術(shù)研究和應(yīng)用推廣，提升自身的科研水平和競爭力。
— 實驗室平臺還可以促進院校與企業(yè)的合作和交流。通過這種平臺，院校可以與汽車制造企業(yè)、零部件供應(yīng)商等相關(guān)企業(yè)進行更加緊密的合作，共同開展技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。同時也可以為院校帶來更多的科研項目和資金支持。
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