如今的汽车系统结构日趋复杂。电动出行、自动驾驶乃至智能网联汽车等话题的出现意味着，软件开发日渐成为制造商研发新车的主导因素。模型在环（MIL）、硬件在环（HIL）和软件在环（SIL）等传统开发测试方法如果有多个软件集成点，就会极大拖延整个项目开发进程甚至导致项目无法按期交付。

为解决这一问题，制造商正在寻求更为全面的软件验证和测试方法。本文将会介绍如何利用虚拟验证来应对当今复杂的创新汽车技术挑战。具体来说，该方法采用KPIT开发的虚拟测试台架，利用dSPACE工具链验证48 V电池管理应用程序。

集成式软件验证的挑战

要提高嵌入式软件的质量，您可能认为，多做一些测试（回归）就能够实现。然而，测试已经占用了项目的大部分时间和资源，这种方法并不可行。一个模块的测试和调试过程影响着整个软件平台（如共享软件库），从而让测试更加复杂。比如，一个软件功能或组件可能用于几十种变量（低/中/高端、特定国家/地区等）。这需要成千上万次的测试，其中有一个缺点就是一个变量中的错误修复了，这个变更会影响所有其他变量。

另一个缺点是软件集成测试是在HIL测试台架上按顺序执行的。因此，在后期开发阶段才会发现软件集成错误，这会打乱整个计划。由于集成和测试团队通常共享硬件在环（HIL）环境，对软件团队来说，HIL难以涉及。各团队需要的HIL配置略有不同，这很容易出错，配置起来也很耗时。整个程序的总体测试时间也随之增加。

KPIT虚拟测试台架技术主管Priyanshi Gupta解释说，“我们的虚拟测试台架（VTB）采用dSPACE提供的解决方案，用虚拟方式重现组件级HIL测试台架，用以测试车辆监控系统、电力驱动逆变器和电池管理系统等。”KPIT通过集成dSPACE仿真软件VEOS、体系架构软件、装置模型即dSPACE Automotive Simulation Models（ASM）和Restbus仿真容器，打造出了这些虚拟测试台架装置。此外，标准测试工具与VTB相连，从而在VTB和HIL中一致进行测试。

Gupta补充道，“这一方法加快了开发、集成和验证流程，整个车辆的流程可扩展，而且公司的每位工程师都可以使用，在这个过程中，只要点击一下，就可以设置和更新更新测试，并可根据需要，即刻扩展。它还可以与各种OEM专用工具和持续集成/持续部署管道轻松集成，实现收益最大化。”

电池管理系统虚拟HIL测试应用示例

电池管理系统（BMS）测试的重点在于多个软件和硬件组件上的所有功能。这些测试通常通过HIL设置执行，该设置需要真实的硬件、外围设备、实体连接，并允许操作人员在运行测试时断开硬件和外围设备。有一个例子可以很好地说明该测试方法：注入一个外围设备故障（注入硬件级故障）后验证算法，然后验证电池算法。

电动汽车（EV）或混合动力汽车（HEV）必须持续监控和管理电池组，确保整个电动汽车系统的安全、效率和可靠性。这就需要BMS，其功能包括监测电池的荷电状态、一个最佳充电算法，以及用于电池和热平衡的电路功能。BMS不仅要与其他车载系统协作，还要在车辆快速变化的充放电条件下实时发挥作用，比如加速或刹车时。

图2阐明了某个传感器过滤组件的设计缺陷对整个软件的影响，这影响着算法、控件和持续诊断。这个问题是在KPIT BMS软件平台的验证过程中发生的，在VTE中检测到了。KPIT BMS控件与软件解决方案架构师Debango Chakrobarty谈到，“总的来说，我们利用dSPACE工具链和环境成功验证了90%的BMS软件平台。

诊断服务协议的扩展和验证

诊断服务通常由多个团体提供，针对功能或协议集中进行。不过，dSPACE环境非常灵活，帮助KPIT扩展和验证了诊断服务协议，例如统一诊断服务（UDS）和相关功能。KPIT通过测试标准测试套件，例如开放式测试序列交换（OTX）格式和BMS软件的自定义功能，发现并解决了诊断创作和软件开发问题。

KPIT还通过更改运行时装置模型的输入，使用VHIL组件生成错误。这确保了软件触发正确的诊断错误代码。此外，KPIT集成了一个第三方工具来执行OTX，确认该格式符合标准。从而，验证了BMS的响应情况。

在另一项测试中，所有物理参数都在正常范围内，确保接触器已成功关闭，以便BMS可以通过CAN的高压请求报告高压的通电状态。随后，通过电池装置模型注入电池过电压故障，增加电池电压，直到其超过临界过电压阈值。BMS做出了响应，它打开受过电压故障影响的接触器，并通过CAN监测状态。从而，保证了故障注入的闭环验证。

在最后一个测试案例中，KPIT在电池装置模型中注入了一个电池温度传感器，该传感器存在温度过低故障。KPIT在虚拟CAN总线上监测了BMS传输的功率限值。BMS限值下降，意味着系统进入了跛行模式。为响应热力系统输出，系统显示了BMS热力调节命令。

除了上述测试外，还利用KPIT的虚拟测试环境，对车辆级虚拟测试台架的所有通信框架、集成功能验证和扩展进行了回归测试。

此外，虚拟测试台架的执行集成到持续集成/持续测试（CI/CT）工作流程中。在整个开发周期中，定义了100多个数据管道，确保从组件级到系统级的所有消费者都能进行测试。图3展示了测试执行过程的简化版。KPIT使用Jenkins CI设置了BMS测试台架的实现。使用不同技术的不同KPIT客户已经实现了这些管道。

虚拟测试环境的优势

在当今的产品开发领域，基于平台的方法越来越受青睐，KPIT VTE等虚拟测试台架提供了完美的环境，可扩展、适应组件平台以及将其转换为更多变体，同时可尽量提高测试效率。

KPIT虚拟测试环境架构师Neeraj Patidar表示，“我们与dSPACE携手开发了该测试环境，它可用来执行组件、子系统和车辆级的测试，适合所有OEM车辆程序，其优点显而易见：组件级虚拟HIL设置和环境促进加快验证ECU软件，整个V周期上的测试覆盖率提高了90%。”KPIT为客户推出了VTE，加快特定OEM的实现过程。VTE为成千上万的并发用户提供精确而稳定的协同仿真编排，用户可以同时提交多个测试作业。

KPIT Technologies Ltd提供技术支持

《dSPACE杂志》，2022年9月出版