功能安全实车测试新突破：故障注入技术的创新实践

作者 |ktw624

小编 | 不吃猪头肉

引言

随着智能网联汽车技术的飞速发展，驾乘体验和出行效率得到了大幅提升，人们对其安全性的关注也越来越高。为确保行车安全，ISO 26262等功能安全标准对汽车电子电气系统提出了严格的要求，其中故障注入测试是验证系统安全机制有效性的重要手段。基于故障注入的功能安全测试旨在验证智能网联汽车的硬件及软件系统在各种故障情况下的稳定性和可靠性（在系统故障时是否能够进入安全状态或执行预定的安全操作），其关键要点包括故障模拟、故障响应评估和安全功能验证。台架或仿真环境下的功能安全测试，由于模型精度和置信度、系统完整性等问题，难以完全反映真实行驶状态下系统的表现。本文将重点介绍如何在真实行驶工况下自动化模拟各类故障场景，全面验证系统的故障检测、安全响应等机制，更加真实地评估系统的功能安全性能。

功能安全实车测试设备

功能安全实车测试设备架构如上图所示，北汇信息推出的功能安全实车测试设备主要由五大部分组成：

自动化控制系统：选用CANoe进行硬件配置、虚拟网关路由、测试页面开发等；选用vTESTstudio进行测试脚本编辑和管理。

故障注入硬件设备：选用Vector VN及VT系列板卡，配备视频故障注入板卡、电气故障注入板卡等定制化设备，实现各类通信数据的收发。

测量设备：选用组合惯导真值设备、传感器设备，进行车辆运动状态的实时检测。

定制化连接器：用于硬件通道资源的映射管理，便于控制器/对手件的快速切换。

供电设备：选用220V便携式电源及程控电源，用于硬件设备及控制器供电。

其核心原理为：将故障注入硬件设备串接在控制器与对手件之间，进行不同类型数据（如CAN/Ethernet总线、I/O、视频、超声波等）的收发，通过CANoe对通信数据的处理及硬件设备的配置，实现通信数据、通信链路、物理链路连接及供电四大类型故障场景的构造；再结合总线信号实时监控及测量设备实时检测车辆状态，验证系统的故障检测、安全响应机制，完成系统功能安全性能评估。

功能安全故障场景实现
如上所述，功能安全测试的故障场景从产生机制的角度主要包含四大类，这些不同类型的故障注入能够全面验证系统的故障检测、诊断和安全响应机制，确保系统在各类故障场景下都能保持安全状态：

通信数据故障：传感器、执行器及控制器信号值异常；如摄像头图像质量故障（颜色异常、花屏、遮挡、欠爆过曝等）、轮速信号异常（偏移、卡滞、扰动等）、制动踏板位移传感器故障、制动液位传感器故障、非预期转向、非预期加速等。

通信链路故障：通信中断、丢失、延时等；如CAN总线Bus-off、丢帧、延时，TCP/UDP断连、报文周期不稳定，GMSL链路故障（如摄像头断流、黑帧、丢帧、卡滞、延时、多相机不同步等）。

物理链路连接故障：线束开路、短路（对电、对地、引脚之间）等连接故障。

供电故障：电源波动、过压欠压等异常。

简易高效的设备使用性

除了功能安全故障场景的覆盖度、测试的全面性，友好的测试页面、测试模式一键切换、测试项目快速切换、全自动化测试、数据记录分析等功能可大幅提升设备的使用效率。

1.友好的测试页面
使用CANoe的Panel Designer功能设计清晰直观、交互便利的标准化测试页面。

测试页面示意图

2.测试模式一键切换
在实车测试过程中，通过三通板卡可实现故障模式、非故障模式的一键切换，且当测试设备意外停止运行或断电后，自动切换至非故障模式，确保车辆可正常运行。

3.测试项目快速切换

测试项目切换包括硬件设备切换和测试工程适配。
硬件设备切换：通过定制化连接器，一端与故障注入硬件资源一一映射，另一端为标准接插件（如DB9、橡胶头、车载以太网接插件），只需插拔控制器/对手件端接插件即可实现硬件的快速切换。

测试工程适配：测试工程切换主要工作量是通信数据库文件的更新，可通过代码生成工具将标准数据库文件转化为.can文件加载到CANoe中简单配置后编译运行，无需大量手敲代码，大幅减少工程开发量，缩短项目切换周期。

4.全自动化测试

集成可程控的硬件设备、测试软件CANoe、自动化测试软件vTESTstudio，可实现功能安全实车全自动化测试，用户只需运行测试脚本即可，提高测试效率，降低测试风险。

5.数据记录分析

CANoe不仅可以记录分析CAN/Ethernet总线报文数据，也支持外接USB摄像头记录视频数据，便于对测试过程中车辆仪表/大屏的监控。

灵活的产品形态

功能安全实车测试设备可标准化、可定制化。标准化设备硬件资源类型、通道数量固定，构造的故障有限，可覆盖法规标准功能安全测试的最低要求；定制化设备硬件资源类型、通道数量可根据实际需求配置，可全面覆盖各类故障模拟，提高功能安全测试的覆盖度。

左-标准化设备，右-定制化设备

结语功能安全测试是保障汽车智能化系统可靠运行的重要手段，通过科学的测试方法和严谨的验证流程，能够有效发现潜在安全隐患，为智能化功能的安全落地提供有力保障，为用户带来可靠的智能化体验。北汇信息是一家专注于汽车电子测试的高新技术企业，借助合作伙伴Vector的软硬件工具，为客户提供覆盖智驾/座舱/动力/底盘/车控及MiL/SiL/HiL/ViL/实车的全域全链测试解决方案及相关测试服务，助力汽车电子产品的研发测试和快速迭代。

注：文中部分图片来源于Vector。