如今，汽車往往配備了多個ECU來管理豐富的功能和高級控制裝置。在混合動力車中，電機ECU發(fā)揮著更復雜的作用，除了要管理自身的動力系統(tǒng)之外，還要管理發(fā)動機和電機之間的交互。
斯巴魯?shù)哪腹靖皇恐毓I(yè)株式會社開發(fā)出首款混合動力車—Subaru XV Crosstrek Hybrid。這是我們初次嘗試向日本國內(nèi)和北美市場提供量產(chǎn)型混合動力汽車。我們的工程師為早期的混合動力原型車開發(fā)了一個電機ECU，但是該組件不符合將車輛上市的嚴格要求。對于量產(chǎn)型車輛，ECU需要具備各種控制功能以防止損壞車身并確保駕駛員和乘客在各種操作條件下的安全，包括難以或無法在物理硬件上進行測試的極端情況。
全新的測試方法
我們的工程師把ECU連接至實時電機仿真來測試和驗證各種條件，包括在傳統(tǒng)機械測試中可能會損壞系統(tǒng)的極端外界條件。他們開發(fā)出一種機制，以確保這種軟件仿真方法能夠?qū)崿F(xiàn)成功測試的三個主要目標：
·在各種條件下驗證ECU的功能，包括難以創(chuàng)建或復制的極端環(huán)境
·將測試用例與需求關聯(lián)起來，確保完整的測試覆蓋范圍
·輕松執(zhí)行回歸測試，以便快速驗證設計迭代
為了實現(xiàn)上述目標，我們的工程團隊采用V型圖方法來完成設計與驗證流程。圖中顯示的是一種適用于嵌入式軟件設計與部署驗證的分段式方法，其中列出了每個階段的測試點。在設計流程的多個步驟中，團隊需要使用硬件在環(huán)(HIL)系統(tǒng)，通過可精準代表實際汽車電機的實時電機仿真模型，驗證電機ECU的性能。此外，借助HIL系統(tǒng)，我們的工程師可以自動記錄測試結(jié)果，并在修改ECU后自動執(zhí)行回歸測試，從而滿足可追溯性要求。
成功開發(fā)系統(tǒng)
我們開發(fā)了全新的驗證系統(tǒng)，該系統(tǒng)由真實的電機ECU和可模擬電機運行狀況的HIL系統(tǒng)組成。HIL系統(tǒng)可以通過設置電感和電阻等物理參數(shù)來仿真電機各種運行條件。它還可以設置電力電子器件的參數(shù)，包括故障條件或測試場景，例如負載扭矩與所需旋轉(zhuǎn)速度的組合。通過在測試過程中簡單地更改參數(shù)，HIL系統(tǒng)可以輕松模擬復雜的測試場景，比如之前的汽車打滑場景甚至是會破壞物理硬件的逆變器電力電子故障。當操作員請求某個測試模式時，HIL系統(tǒng)會像真實的電機一樣做出響應，然后可以將整體系統(tǒng)響應與預期響應進行交叉對照，以驗證控制器能夠安全處理各種測試場景。
因為這一流程需要非常高的計算性能，我們認為NI是唯一能夠滿足這些要求的供應商。我們選擇了基于FlexRIO FPGA模塊的核心系統(tǒng)硬件，也就是基于PXI的FPGA芯片控制器。這些模塊可執(zhí)行模擬電機運行狀況的模型，所有部署的程序都使用NI LabVIEW系統(tǒng)設計軟件進行開發(fā)。
挑戰(zhàn)
利用自動化測試開發(fā)全新的驗證系統(tǒng)，以滿足斯巴魯?shù)谝豢盍慨a(chǎn)混合動力車Subaru XV Hybrid的電子控制單元(ECU)所需的控制質(zhì)量等級要求，并創(chuàng)造出使用真實機器難以實現(xiàn)的嚴苛測試條件。
解決方案
使用NI FlexRIO硬件構(gòu)建驗證系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動執(zhí)行所有測試模式，并復制最嚴苛的測試環(huán)境，以盡可能保障用戶安全，同時達到所需的控制等級并滿足嚴苛的時間進度要求。
選擇NI平臺的好處
在HIL系統(tǒng)中，仿真循環(huán)速率(也就是仿真的時間分辨率)是一個非常重要的參素。對于電機ECU，循環(huán)速率必須達到1.2μs或更低，模擬器才能運行。其他供應商的大多數(shù)仿真平臺都使用CPU進行計算，循環(huán)速率在5μs至50μs范圍內(nèi)。
FlexRIO使用FPGA進行控制和運算來滿足處理需求，因此在運算處理性能方面具備極大的優(yōu)勢。FlexRIO能夠達到所需仿真速率(1.2μs)，這是該系統(tǒng)采用FlexRIO的決定性因素。此外，F(xiàn)lexRIO內(nèi)置有高容量的動態(tài)隨機存取內(nèi)存，因此我們可以利用使用JSOL公司的JMAG軟件工具鏈創(chuàng)建的JMAG-RT模型。這樣便可以表現(xiàn)出更接近真實電機的高度非線性特性。
此外，我們的工程師可以使用LabVIEW FPGA模塊在FlexRIO設備上對FPGA進行圖形化編程，從而無需使用基于文本的語言(例如硬件描述語言)，即可使用FPGA技術(shù)快速開發(fā)系統(tǒng)。
開發(fā)出來的所有測試模式僅需118個小時就能自動執(zhí)行完畢，而手動執(zhí)行全部測試大約需要2300個小時。自動化測試還可以降低風險以及減少手動測試中可能發(fā)生的人為錯誤。HIL系統(tǒng)的其他優(yōu)勢也有助于節(jié)省時間，比如準備電機測試臺和樣車的設置步驟顯著減少，而且測試人員無需具備高壓操作資質(zhì)。
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