云管端一体化OTA HIL测试解决方案

随着智能网联汽车的快速发展，OTA（Over-the-Air）技术已成为车辆软件升级的核心手段。为满足日益严格的法规要求和技术挑战，同星智能（TOSUN）基于ISO 24089和GB 44496标准，推出了一套云管端一体化OTA HIL测试系统，实现对OTA全流程的合规、高效、自动化验证。

一、OTA测试的背景与法规依据

国际与国内主要法规如UNECE R156、ISO 24089以及中国的强制性国标GB 44496，共同构建了智能网联汽车软件升级的标准化框架。GB 44496作为中国首项OTA强制性国家标准，明确提出了端到端加密、数字签名、安全隔离、断电恢复等关键技术要求，是车辆上市的必要条件。

二、同星OTA HIL测试内容

同星OTA测试系统提供从零部件到整车的全栈测试能力，涵盖以下七大测试类型：

法规符合性测试：
验证符合ISO 24089、GB 44496等标准，包括升级前车辆状态检测等强制性条款

OTA功能测试：
包括升级包下载、多ECU刷写、安装进度上报与用户中断恢复能力等OTA全链路基础功能，覆盖正向升级与升级异常场景

OTA性能测试：
评估资源占用与时效性，包括网关负载、CAN FD 总线利用率、单ECU刷写耗时及多ECU并行升级表现

OTA安全测试：
依据ISO 21434、GB 44495，测试中间人攻击、重放攻击、安装包篡改等威胁场景

OTA可靠性测试：
模拟极端工况，如连续多次断电恢复、持续多ECU刷写、高低压/不同ECU交互测试、电源波动及弱网/无网测试等环境

OTA故障测试：
建构多维测试矩阵，包含下载过程中断网测试、刷写过程中断电测试、刷写过程中制动故障测试等

用户体验测试：
量化评估升级提示清晰度、进度预估准确性及多模态交互同步（语音/屏幕/APP），收集并反馈优化流程

三、系统架构：从零部件到实车的全覆盖

TSMaster UDS 诊断功能不仅支持CAN/CANFD、LIN，同时支持以太网的DoIP的诊断刷写功能，TSMaster 可以少代码甚至零代码完成诊断流程开发，快速打通研发、产线、售后的诊断链路和技术实现。基于TSMaster的DoIP刷写零代码开发主要功能如下。

OTA HIL系统硬件架构

同星提供多种OTA HIL测试设备方案，适应不同测试层级：

1. 单节点BT协议一致性测试方案

由标准机柜、总线协议一致性测试板卡、程控电源及TSMaster上位机构成，实现ECU的UDS/DoIP协议刷写协议一致性验证与故障注入测试。

2.零部件级OTA测试方案

由标准机柜、屏蔽箱及TSMaster上位机构成，实现ECU的全功能、全EEA架构的OTA刷写过程验证与故障模拟测试。

3.系统级OTA测试方案

集成HIL测试机柜、屏蔽箱、LabCar台架、上位机、无线网络信号控制、多域控制器仿真环境与程控电源等设备，完成跨ECU协同升级的时序同步与网络负载验证。

4.实车级OTA测试方案

通过便携式总线记录仪与云端任务管理系统联动，实现批量推送前的OTA场景复现与回归测试。

OTA HIL系统软件架构

OTA HIL的软件架构基于TSMaster虚拟仪器软件平台构建，提供从底层硬件控制到云端协同的全栈式测试能力，包含用户交互层、系统应用层、虚拟硬件仿真层的三层式OTA系统开发与测试平台。

四、OTA HIL测试应用场景

性能测试：监测总线负载、Flash写入速率、多ECU并行升级能力；

故障测试：模拟电源中断、网络闪断、恶意攻击等场景；

实车监控：同步采集电气状态、网络通信、HMI响应等信号；

多车测试：支持集群并发升级，验证系统扩展性与鲁棒性；

……

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官网：www.tosunai.com
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在智能汽车飞速发展的今天，电子控制单元（ECU）的复杂度和测试需求呈指数级增长。同星智能推出的TIO 系列产品是为汽车电子系统设计的通用测试模块，可用于如硬件在环（HIL）测试等场景，这些模块提供了一种高效、灵活的方式来模拟和测试汽车中的各种电子控制单元（ECU），帮助工程师确保系统可靠性和性能，同时加快开发周期并降低成本，是汽车电子系统开发中不可或缺的工具。

01. 产品特点

• 模块化设计：TIO 系列设备采用了高度模块化的设计，允许用户根据测试需求选择对应功能的模块快速配置和扩展测试系统；
• 多功能集成：TIO 系列设备集成了继电器控制，电阻模拟，数字量输入输出，模拟量输入输出等功能；
• 高精度输出/采集：TIO 系列设备能够提供高精度的信号处理，如电阻模拟，电压/电流输出采集，PWM 信号输出采集等；
• 软件高度契合：TIO 系列板卡高度契合同星 TSMaster 软件，可以无缝集成到 TSMaster的部分自动化测试用例中，简化了配置过程，减低了使用门槛。

02. 设备连接

TIO 系列设备采用高度模块化的设计，用户可以自主选择需要用到的模块通过雷莫连接器线束进行级联，如下图所示，多个模块级联后使用同星配套的雷莫连接器线束接入 IN 接口为设备供电以及连接 CAN/CANFD 总线工具即可在 PC 端通过 TSMaster 软件控制 TIO 系列设备。

03. 产品选型

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底盘HIL仿真测试解决方案

基于TSMaster的HIL仿真测试系统，TSMaster作为唯一的测试软件，包含丰富的API函数，完整的外设集成以及完整的后处理接口等，具有成本低、部署更快、自动化程度高等特点。

具体功能

1. 相关电控单元的功能测试、诊断测试与系统集成验证；
2. 模拟待测电控单元所需的车辆硬线 IO 信号、总线节点信号、供电逻辑与过程信号与电气故障等状态；
3. 采集与解析控制器控制与驱动的信号，完成相关电控单元的功能测试、故障诊断等相关测试与评估工作；
4. 支持 ECU 单节点测试和多节点联合测试；
5. 支持自动化测试，自动生成测试报告等。

基于TSMaster的HIL测试系统软硬件架构

半主动悬架HIL实例

测试报告与结果

EMB自动化测试解决方案

当前底盘域国内整体方案较少，EMB卡钳还比较新颖，同星针对 EMB 的参数标定和功能测试，通过同星自研 EMB 测试标定设备为客户提供了专业全面的测试设备，通过高性能传感器和完善的分析设备以及TSMaster软件，使用户可以方便进行EMB的自动化测试和标定工作。

同星自研EMB设备经过国内头部车企验证，完全实现了产品标定及自动化测试的功能。

主要特点

• 卡钳仿形模拟实际车端场景，25KN款卡钳支持内宽大于等于20mm，45KN款卡钳支持内宽大于等于30mm，支持定制卡钳仿形工装；
• 标准19英寸机箱，高12U机柜，内置程控电源、高精度传感器、高性能采集模块、总线设备；
• 支持测试用例编写、数据采集、分析、记录、CCP/XCP标定协议；
• 支持信号比较，如正弦、方波、斜坡脉冲等。

主要优势

• DUT自动化测试
• DUT标定
• 性能测试
• 震动测试

应用场景

• 研发功能测试
• 实验室性能测试/盐雾测试/耐久测试
• 产线EOL下线检测

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以下文章来源于汽车电子与软件 ，作者同制汽车

“空簧和连续阻尼控制”下文分别简称为ASU和CDC

01 | 适用范围

本文适用于ASU或CDC的算法开发和验证，尤其适用于控制器底层软件也自主开发或可控的用户，不适用于整套系统完全黑盒的测试用户。因此，本文HIL的测试对象为控制器本身而非整套悬架系统。

02 | 仿真前提

满足ASU&CDC的MIL/HIL测试须要满足如下条件
1.建立CDC物理模型，即CDC速度 – 电流 – 力图谱。通常由第三方激振台或CDC供应商提供，参考如下。

2.建立空簧本体、管路、阀体以及储气罐等物理仿真模型，甲方提供ASU气路原理图以及簧体本身的物理参数。提供ASU实物以及可控制各个阀体/电机动作的A2L文件。

3.匹配控制器的I/O接口。

• 供电
• CAN
• 速度和加速度传感器（通常为PSI5或PWM）
• 采集ASU&CDC电磁阀电流

4.动力学可用第三方商业软件，推荐CarSim。

5.实时仿真系统。

6.部分底层软件匹配，例如bypass内部气压传感器。

03 | SIL/HIL仿真实施

基于ASU&CDC的物理模型，匹配CarSim动力学软件，在Simulink环境中即可完成SIL仿真，此处不作为重点展开。
完成HIL仿真的前提条件是具备一套实时仿真系统。通常一套HIL仿真系统需要由上位机、硬实时下位机、相关机箱和板卡等组成。这套系统往往是复杂的或者说不平易近人的。

TSMaster提供的解决方案是在Windows系统里建立软实时仿真环境用于运行动力学模型。通过CAN总线接口以及支持CAN接口的I/O板卡（例如通过CAN总线控制的PSI5板卡）完成I/O匹配，并通过内存与动力学软件实时交互。此外，TSMaster本身已具备测试用例管理，执行以及后处理能力，至于CAN总线仿真，更不用详述了。

那么参考ASU&CDC的I/O接口须要完成如下准备：

1.笔记本电脑：部署TSMaster和CarSim。

2.CAN工具：可以选择例如TC1014等工具。

3.电源&线束：电源用于对被测件供电；相关线束连接通常使用BOB。

4.PSI5模拟板卡：通过CAN指令控制。

5.板卡以及线束改造：获取电磁阀动作状态（通常通过采集电流）。

针对上述4和5两条，如果甲方具备底软能力，就可以通过私有CAN将传感器信号传入，将电磁阀电流信号或者驱动状态位通过CAN传出，整套测试系统就可以相应变得更为简洁。那么一套仿真系统也将会变得如下图一样简洁。

04 | 案例分享

参考二/三章节，基于甲方提供的必要的信息输入，进行底层软件匹配，进而完成测试仿真系统搭建，参见下图。

基于此可以完成大量的测试仿真验证，以下是ASU和CDC测试内容的简要汇总。

以下为典型的测试工况举例：

1.CDC减速带工况

HIL测试数据能较好地模拟实车状态，减振器高度波形和幅值吻合度较高，且能准确识别减速带的位置。

2.CDC短波路面工况

HIL测试数据也较好地体现了整车测试状态，减振器行程波形和幅值有良好的一致性。

3.ASU蓄压气充气工况

仿真结果为充气120s，蓄压器气压从7.9bar提高到了11.27bar，比较符合实际情况。

4.ASU压缩机举升工况

通过压缩机举升20s，前后轴分别举升23.9mm和21.9mm，也比较符合实际。此外，还准确模拟出了充气瞬间车辆短时轻微下降的状态（因为此时管路气压较低，且压缩机充气相对较慢）。

5.ASU蓄压气举升工况

蓄压器举升相对于前述的压缩机要迅速很多，举升5s便可使前后轴分别举升32.6mm和19.6mm，而且充气瞬间也未出现压缩机工况中车身下降的情况，所以模拟状态和实际较为吻合。

05 | 后记与个人观点

根据项目经验可以得出以下结论：

1.目前基于模型的开发可以在算法开发的中前期提高开发效率。

2.不推荐不具备底层软件能力的客户使用该技术路径。

3.目前可提供章节三中4和5两条解决方案，但更为推荐使用案例分享中的极简方案（即通过CAN交互阀体状态、高度、加速度信息）。

4.能满足测试需求且高效简洁的HIL系统将成为仿真的主流。单纯堆砌硬件，追求极致物理性能往往会适得其反。因此，针对不同应用场景选择合适的技术路径往往更为重要。

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韩国首尔汽车测试展

2024年韩国汽车测试及质量监控展览会（Automotive Testing Expo Korea），将于2024年3月20日、21日和22日在韩国国际展览中心(KINTEX)举办。展会每年一届，该活动是韩国最大的整车和零部件测试和验证技术与服务展! 您可以看到最新的ADAS测试，NVH测量工具，测试平台，模拟软件包，耐用性测试技术，碰撞测试专有技术，测功机，排放测量系统和动态评估工具。

Automotive Testing Expo is the world’s leading international expo for every aspect of automotive testing, development and validation technologies, taking place every year in Detroit, Shanghai and Stuttgart. In Korea, as elsewhere, it is the leading event for the technologies and services in ADAS and autonomous vehicle testing, electric and hybrid powertrain testing, battery and range testing, EMI and NVH test and analysis and the full spectrum of test and validation technologies for full-vehicle, component and systems development.

展会信息

时间
March 20，21&22，2024 / 3月20-22日

地点
Korea International Exhibition Center, Korea

展位号
NO.5110

本次看点

❖ 基于TSMaster的HIL仿真测试方案

使用TSMaster从零打造车辆控制器HIL实时仿真，使用同星的硬件接口模块（总线工具、IO模块等）可以保证硬件的实时性。基于HIL仿真的实时性，我们就可以通过操纵总线数据发送的方法来执行实时仿真。基于TSMaster的HIL方案的优势在于成本低、部署更快、自动化成都更高。

❖ 基于UDS的ECU刷写方案

同星ECU刷写方案是一种创新的解决方案，只需使用同星的硬件以及TSMaster软件免费部分功能即可实现基于UDS的ECU刷写功能，可以极大降低开发ECU刷写软件的难度、提高开发效率。

❖ SecOC信息安全测试方案

这一解决方案建立在SecOC方案的基础上，旨在对车内敏感信息进行认证。TOSUN SecOC系统以自主研发的核心软件TSMaster和CAN工具为基础进行构建，能够满足开发和生产过程中的测试需求。其主要功能包括主节点同步报文解析、全新鲜度值生成、MAC值计算、安全报文的生成和传送、接收并验证安全报文，以及故障注入功能。提供简洁易懂的操作界面，协助提供客制化的测试功能

关于同星

同星智能一直专注于研发汽车电子基础工具链产品。同星智能的核心软件TSMaster及配套硬件设备，具备嵌入式代码生成、汽车总线分析、仿真、测试及诊断、标定等核心功能，覆盖了汽车整车及零部件研发、测试、生产、试验、售后全流程。全球企业用户超5000家，用户覆盖：汽车整车厂、零部件供应商、芯片厂商、设备/服务供应商、工程机械等领域。总部位于上海市嘉定区同济大学国家大学科技园，另外在广州、北京、长春、成都、斯图加特设有分支机构。

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一、MATLAB的自动化对象

MATLAB automation object

> 首先点击连接，连接到matlab的自动化对象，需要启动matlab的主程序，一旦连上之后，matlab程序就可以实时被TSMaster软件来控制。那么我们点击之后可以看到连接按钮变灰，然后断开连接按钮变成高亮，那么这个时候就可以通过我们的软件来控制matlab程序了。

> 然后我们可以点击这个c代码转stateflow，点击解析，会实现一个逻辑树，然后再点击生成代码。这个时候我们就可以看到，我们的示例代码就可以自动转换成stateflow代码，该功能可以迅速的将已有的C代码的逻辑一键转换成完全等价的stateflow的逻辑，从而提高MBD的开发效率。那么转化完成的效果就是这样，双击chart1展开之后就可以看到跟刚才的c脚本完全对应的stateflow的逻辑。

二、SIL和HIL环境的自动构建

Automatic build of SIL and HIL

只要我们拥有可以生成代码的Simulink的仿真模型，就可以通过此模块来实现该模型在TSMaster环境中的实时运行。从而让我们的算法可以在软件设计的前期就可以参与到HIL和SIL的实时仿真中来，同时有了小程序的加持，我们还可以对算法进行细致入微的调试、监控，甚至将二进制文件发布给其他的用户，进行联合仿真，那么具体如何实现呢？

> 我们还是从0开始，举一个例子来说明：首先我们切换到第一个页面，SIL and HIL页面，可以看到这个页面有4个步骤，按照这4个步骤顺序执行，就可以迅速搭建一个HIL环境。那么第一步是算法模型的配置，他给了两个输入，一个是我们的小程序的名称，第二个是Simulink模型文件。对于第一个输入，只要给我们的新构建的小程序起个名字就可以了，比如说这个默认的Model1，我们输入之后点击最右边的绿色的勾，它的作用就是判断Model1是否存在。如果不存在就创建一个，如果存在就使用这个Model1。

> 这样可以将我们新的算法集成到我们现有的小程序中，在这里就需要填入现有的小程序的模型名称，也就是从中可以选择我们的小程序名称。那么这一步成功之后，就来到了Simulink模型文件的设置过程。在此我们需要找一个Simulink的实例程序进行讲解，我们首先打开Simulink，在Simulink的启动页会有很多的实例。我们找一个比如展开这个stateflow，里面有空白图、简单图分层图等等。我们选择这个分层图，就打开了一个名为untitled的模型，我们看到这个模型，包含了一个run和一个cooldown。这两个大的状态run了30秒之后，会冷却 5秒，然后5秒之后继续run，从此循环往复，而在这个run的过程中，是每隔1秒就让输出在10和1之间切换，这就是当前stateflow的简单逻辑。

> 我们按esc返回到顶层，可以看到这个模型只有一个输出，我们加一个示波器来看看波形。按F5运行，当然这个运行需要将当前的工作目录切换掉，我们可以选择随便一个目录比如说新建个文件夹，然后我们回到刚才的模型按F5运行成功，那么打开示波器我们可以看到输出和我们之前的推断是完全吻合的。也就是运行了30秒之后休息5秒，然后继续运行。我们将这个模型另存为simple，接下来将这个示波器删除，并且添加一个out接口，将这个模型配置成可以代码生成的模型，随后我们就要配置一下代码生成的细节。

> 我们进入模型的设置，点击代码生成，首先要将这个grt改为ert.tlc。因为目标的环境是嵌入式环境，同时勾选仅生成代码，然后展开代码生成，进入到模板中，将“生成示例主程序”的勾去掉，这样就不会自动生成main函数。因为这个main函数的文件往往是不会用的。至此配置完成。我们点击保存并且关闭这个模型。

三、MATLAB控制模块

MATLAB Control module

> 接下来就回到matlab控制模块中，选择Simulink模型文件，点击绿色的箭头按钮，选中我们刚才的simple.slx，那么可以看到前两步过了之后步骤1就算执行完成。接下来就到了cache文件夹和codegen文件夹的设定，那么留空就表示生成到默认的位置。我们可以将这两个位置改掉，还是点击绿色的按钮，然后可以选择我们的cache文件夹，我们可以新建一个cache，并且选择这个文件夹，那么cache文件夹就已经设置成功。接下来就是codegen，还是一样，我们可以在cache旁边建一个codegen，点击选择，那么这两个文件夹也就设置完毕。

> 然后就到了代码生成的环节。我们只要点击启动Simulink代码生成，等待代码生成完毕就可以了。那么生成的代码就会存放到刚才设定的codegen这个文件夹中。第一次生成会耗费一点时间，我们需要耐心的等待。那么Simulink的执行过程是同步的，而且比较慢，所以TSMaster可能会报警。现在我们可以看到代码生成已经完成。

> 那么接下去就是自动复制已生成的代码到我们的小程序的代码库里面，点击之后可以显示已copy6个文件，那么接下去第二步就已经完成。也就是代码生成的过程已经成功实现，再往下就是代码集成。代码集成目的就是将算法给调用起来，我们点击编辑小程序的源码按钮，打开Model1这个小程序，我们首先看一下属性，然后点击代码库的路径，可以看到simple.c和.h文件以及其他的一些用到的头文件。打开这两个文件，首先我们看一下simple.h文件，那么这个文件是一个接口文件，可以看到这里面有三个函数，初始化step和terminate函数，我们需要分别将这三个函数的调用拷贝到Model1小程序里面。首先就是要用这个simple.h头文件。

> 我们回到小程序，点击全局定义#include，”simple.h”。那么接下来就是COPY。我们双击这个simple初始化，然后到小程序的初始化事件中，粘贴然后再copy  step到我们的小程序的step函数中，粘贴然后就是terminate，回到我们小程序的停止事件，同样粘贴，这样就实现了函数调用。那么需要注意的就是step函数的周期了，默认周期是5毫秒，但模型中肯定不是。我们首先还是打开这个simple.slx，然后我们到模型的属性看一下这个模型的相关的求解器的属性。它是定步长，并且步长是0.1秒，那么0.1秒在TSMaster里面就是100毫秒，双击step函数，将周期改为100，那么接下来我们需要观测一下out1这个信号。

> 我们可以直接在变量点右键，添加变量，输入我们这个out1，那么就新建了一个out1的变量，然后我们就需要在代码里找到这个变量，那么可以看到这个extern，这里写的是outports，那就是simple y这个变量，它有一个成员叫out1，就是我们需要用到的变量，我们可以在这里写下out1.set，把刚才这个out1拷贝过来，这样就实现了变量的赋值。那么小程序就算编写完毕。

四、执行HIL和SIL的仿真

Perform emulation of HIL and SIL

> 在此我们可以直接点击运行仿真，那么我们的算法模型其实就已经实时的在运行，这个时候如果需要观测信号，首先要启动我们的TSMaster的仿真，然后我们可以打开一个观测窗口，比如说图形，打开之后我们可以点右键添加系统变量，通过内部变量，找到model 1的out 1这个变量，然后我们可以修改他的范围，比如说改成1—15  -1—15，那么就可以看到这个图形的显示跟我们刚才看到的Simulink示波器画面是完全一样的。

> 这个信号是可以设成竖线显示，这样就更符合这个信号代表的逻辑含义，那么这个out1的信号是实时刷新的，这就意味着我们可以通过总线接口将此算法模型接入到整车网络，可以与实际的控制器进行互动，那么以上就是matlab控制模块进行HIL的简单的方法。

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