助力斯巴鲁新能源汽车测试

NI助力斯巴鲁新能源汽车测试

NationalInstrumentsAES:ZhanWu议程背景测试内容测试需求系统框架系统软件系统硬件问题和解决方法自动化测试总结背景Subaru开发首款混合动力汽车XVCrosstrek面向日本国内和北美市场ECU需控制车辆在各种行驶情况下避免车体损坏，保障驾驶与乘客安全测功机无法复现车辆突然失去抓地力的极限工况道路试验非常耗时而且难度高具有驾驶乐趣的Subaru混合动力汽车XV背景Subaru开发XVCrosstrekMCUHILS平台的挑战可重复模拟各种极限行驶工况的测试条件测试MCU的复杂算法高精度电机模型对硬件计算能力要求高ECU控制参数改变后能够自动执行回归测试ECUHIL电机和逆变器标定ECU集成台架测试控制算法开发代码生成代码部署至ECU模型在环仿真代码验证ECU原型开发控制算法验证要求分析要求验证车载标定试验测试内容转矩闭环控制HIL系统输出的实际转矩需跟随需求转矩转速闭环控制HIL系统输出的实际转速需跟随需求转速逆变器及传感器故障注入模拟二极管和IGBT短路或开路故障解角器等传感器故障整车标准循环工况测试HEV动力性、燃油经济性测试HILS测试需求模拟失去驱动力或逆变器故障等极限工况和故障情况自动化测试并生成报表测试过程属于信号级别RT系统能够运行电机高精度模型MCU接收电机模型的实际转矩和三相电流形成闭合控制易于与其他第三方标定工具交互SystemStructureofTestSystem上位机电机ECULabVIEW电机硬件在环仿真平台（含故障注入单元）更新电机参数6相PWM信号解角器励磁信号CAN通信其他控制信号3相電流SIN・COS信号电机和IGBT温度DC电压CAN通信其他控制信号ECURAM值

（NEXUS2+）ECURAM值

（XCPonEthernet）同步触发JMAG-RT电机模型运行在NIPXI平台的FPGA上实现自动化实时测试JMAG-RTHIL电机模型各种测试用例ECURAM观测NIPXIHIL测试平台PXIe-1065机箱断路故障注入单元PXI-2510

×２※欠陥生成を５VユニットとIG_SSユニットとして分ける必要があるため客户提供ECULabVIEW用

Host

PCKGC适配器电源线解角器2CH集电极开路输出8CH数字I/O7CH模拟I/O3CH电池PWM6ch瞬时断路测试LAN1VectorCANoeCANapeLAN2(DataTransferParametersetting)NexusPXIControllerPXIe-8108RT电机仿真模块PXI-7954R大电流故障注入模块PXI-2514多功能DAQ板卡PXIe-6341CAN通信接口PXI-8513/2CAN1CAN1CAN2（TestCommand,FIU）接线盒TBX-503个接线盒TBX-68接线盒接线盒HILS系统框架HILS系统框架株式会社JSOL有限元模型V相电流U相电流UVW相PWM指令解角器PMSM模型ECUIGBTSin信号Cos信号W相电流励磁信号HILS系统软件HIL测试软件NIVeriStand（含电机仿真工具包)TestStand电机建模软件JSOLJMAG系统软件-TestStand和VeriStand基于配置的开发环境硬件I/O配置调用模型或控制算法计算通道报警配置实时激励/数据记录运行时可编辑的用户界面支持故障后信息恢复在测试下一个设备之前生成当前UUT的报告针对每个UUT生成多个报告在测试序列执行过程中生成和查看报告并行测试多个UUT自动化测试和生成报表系统软件-NI电机仿真工具包电机类型永磁同步电机(PMSM)DQ常量模型JMAG有限元FEA模型(SubaruXV)开关磁阻电机(SRM)线性模型有限元FEA模型简单和高级逆变器模型可以模拟逆变器二极管和IGBT的开路/短路故障考虑半导体器件正向压降和电导JMAG介绍JSOL公司的电机仿真软件电机有限元复杂模型JMAG-RT模型适用于HILS系统硬件—基于PXI的仿真平台PXI平台嵌入式控制器运行标准软件PCI或者PCIExpress总线定时和同步超过2,000种模块化仪器FPGA7965R通过NIFlexRIO适配器模块开发套件(MDK)可进行自定义的I/O16路DMA通道速率超过800MB/s的高速数据流问题和解决方法问题：电机DQ常量模型无法模拟电机动态扭矩特性

一致的空气间隙无狭槽间隙无转子间隙无零相位（系统平衡）解决方法：电机有限元FEA模型

复杂几何模型非线性电磁感应

饱和效应

铜铁损耗谐波电流锯齿,纹波CurrentTorque问题：电机FEA模型在基于CPU的运算中只能达到50kHZ级别电机模型需维持1µs级别的执行速度解决方法：部署FEA模型至FPGA原始FEA模型转换为JMAG-RT模型RTT文件二进制表格FEA问题和解决方法FEA模型NIReal-TimeHardware问题和解决方法问题：如何导入JMAG-RT电机模型文件至FPGA解决方法：VeriStand加载Subaru的电机模型rtt文件VeriStand配置电机类型，磁极对数，转动惯量，比例因子等参数RTT文件可传输至FPGA并存储与DRAMWindowsPXIeControllerWindowsPCFPGADMAFIFOMemory(DRAM)LabVIEWJMAG-RTRTTfileparameters问题和解决方法问题：FEA模型的仿真结果与电机实验测得转矩特性是否接近解决方法：NIFPGA执行电机模型达到1.2µs基本与实验测试的转矩特性吻合其他厂商的仿真平台只能达到5µs-50µs问题和解决方法上位机实时处理器I/OEthernet控制器(UUT)FIU故障注入模块(FIU)IGBT开路故障问题：如何实现逆变器和传感器故障注入解决方法：NIFIU模块可以实现故障注入与电机仿真工具包中的高级逆变器模型结合实现二极管或IGBT短路和开路PXI-2514故障注入模块最大电流达40A问题和解决方法解决逆变器故障注入结果自动化测试自动化测试原因大量的测试工作量

重复性测试的工作较多测试内容重复：在很多测试中都需要反复执行启动和停止动作模拟的极限工况需要不断复现解决方案用户开发了自己的模块库模块库中定义不同的功能模块每个模块中都包含完整的测试流程自动化测试试验条件

(需求转矩，电机转速，DC电压，etc)反馈参数

(实际转矩，3相電流，制动偏差，诊断状态，etc)执行步长

(最小1ms/STEP)转矩特性预警的自动化测试可复现故障情况和复杂的运行条件评估结果

(检测与期望值不符的结果值)测试报告测试用例HIL测试结果保存步长

(最小1ms/STEP)确定异常实际转矩需求转矩3相电流检测到故障骤降的转矩部分自动化测试相对测功机的手动测试方式，HILS缩短至原有时间的1/20从excel读取测试条件参数并自动生成测试结果报表Mazda/VolvoHEV/EVHILS平台

MazdaHEV/EVHILSWindows:veDYNA整车仿真模型和虚拟车辆驾驶环境,LabVIEW用户界面LVRT:veDYNA

混合动力模型工具LVFPGA:JMAG电机模型

道路

驾驶员

车辆-电池

三相交流电机

逆变器

解角器矢量控制Mazada认可NI软硬件与专业整车仿真建模平台的兼容性和高速性能Volvo–混动力总成系统HILS同时对发动机和电机ECU进行测试起步工况加速工况标准循环工况巡航驾驶工况逆变器故障注入仿真各种传感器信号曲轴和凸轮轴,水温，进气压力，解角器，增量编码器等信号信号级别测试无需高电压机柜体积小和节约开发时间和成本Siemens–混动力总成系统HILSRCPHIL基于