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并联式混合动力汽车的硬件在环集成测试
2017-10-24

挑战:
开发一个可扩展且灵活的通用硬件在环(HIL)平台来验证并联式混合动力汽车多个电子控制单元(ECU)的集成。

解决方案:
利用PXI平台的可扩展性和NI VeriStand软件的开箱即用功能开发一个测试系统,在短短两个月的时间内同时测试六个互连的汽车ECU。

关于塔塔汽车

塔塔汽车公司是印度**的汽车公司。 它是商用车各领域的***,在乘用车领域也是全球顶尖制造商,其生产的紧凑型和中型轿车以及多功能车屡获殊荣。 同时它也是世界第五大卡车制造商和第四大客车制造商。

作为塔塔汽车公司**集成团队的一部分,我们的任务是验证汽车的主要电子部件,如电子控制单元(ECU)和仪表盘。 同时我们还需要响应和解决报告的现场故障并向相关团队提供反馈。 从更广义的角度来看,**集成团队充当着汽车开发过程中设计和*终部署阶段之间的桥梁。

具体应用

我们项目的目标是开发一个通用的测试装置,只需少量的工作便可对其进行自定义来测试任何ECU。 该系统还需要具有可扩展性来同时多个ECU,同时还需要具备足够的灵活性,在需要时与不同的ECU进行交互。

对于其中一款即将上市的并联混合动力车辆,我们决定将所有的ECU和电子元件集成到一个实验室环境中,并使用硬件在环(HIL)测试验证集成。 我们希望能够对所有可能的现场场景进行测试,并在组装第一个物理原型之前纠正问题。 集成测试的结果对我们选择ECU软件和对来自多个供应商的多个功能选项进行评估非常有帮助。

在*初构想汽车设计概念时,我们将四个主要的ECU元件分离出来,并根据要求分别制定测试计划。 那时,我们决定采用一个非NI HIL系统来满足我们的测试需求。 后来我们采购了该系统。 与此同时,我们使用NI的PXI系统来执行另一辆汽车的ECU HIL测试,我们真的很喜欢PXI技术的模块化特性。 我们考虑了PXI平台的优势,并购买了一个NI的实时PXI系统来满足我们未来的需求。

根据未来几个月汽车设计的变化,主要的ECU数量从四个增加到了六个。 对于非NI HIL系统,我们面临着通道数不够的问题,因为该系统是专门针对我们*初的四个ECU而定制的。 因此,我们迁移到实时NI PXI系统,并开始使用NI VeriStand软件进行开发。

我们增加了一些模块来满足通道需求。 借助NI VeriStand,我们在不到两个月的时间内成功开发了6个ECU的测试软件。

系统架构

图1. 整体系统架构   

NI VeriStand引擎内可同时执行多个对象模型,通过控制器区域网络(CAN)网络的物理I/O与相应的ECU通信。  ECU之间通过共享CAN网络彼此通信。 我们将一些物理组件集成到装置中,包括废气再循环阀、电机和电力负载。

在大多数情况下,模型I/O与硬件I/O相匹配。然而,某些非标准信号,诸如凸轮和曲轴信号等需要在线处理。 我们使用NI LabVIEW FPGA模块和NI可重配置I/ O(RIO)技术将这些信号的高速数据采集和信号处理集成到NI VeriStand中,这为我们提供了巨大的灵活性。

图2.系统用户界面

在测试过程中,我们仿真各种驱动条件并监测CAN网络的错误帧和来自各ECU的诊断消息。 这些帧作为集成质量的指标,帮助我们识别潜在的故障。 我们还将ECU固件问题独立出来。 我们将测试结果反馈给设计团队,在某些情况下也反馈给零部件供应商。

主要优势

基于NI产品的HIL测试系统帮助我们解决了先前测试装置的一些问题,同时在许多方面也提高了我们的生产力。 一些主要优势包括:

  • 可扩展性: 我们需要可扩展的测试系统来开发项目,而PXI正好帮助我们实现了这一目标。 系统通道需求会随着时间增加,使得量身定制的解决方案成为一个障碍。 轻松添加模块PXI机箱的能力使得升级过程相当简单,而且我们能够在很大程度上保持系统适应未来需求。

  • 灵活性: 我们希望开发一个可复用的系统来测试未来其他车型的ECU。 我们的测试系统包括通用的硬件模块和可灵活自定义的软件。 我们只需进行两步操作就可以使用相同的装置来测试一组不同的ECU: 为新对象模型创建一个新的NI VeriStand项目;重新物理连接新的ECU组。

  • 生产力: 有时候,我们没有实体ECU可以进行测试。 这时,我们可以使用ECU仿真模型,并将其映射至对象模型。 硬件I/O与模型I/O和参数之间的简单映射可大幅提高生产效率。 我自己一个人在不到一个月的时间内就完成了NI VeriStand项目的开发。

  • 硬件质量: 相比其他系统时,PXI硬件在质量和可靠性方面都非常出色。 此外,FPGA编程选项帮助我们实现近乎**的系统响应。

选择NI HIL平台的理由

利用NI模块化硬件和可扩展的软件,我们构建了一个面向未来、可靠且适应性强的HIL测试系统。 系统自定义功能使我们对测试结果非常放心,NI的持续支持也帮助我们更快速实现我们的目标。

图3. HIL系统装置

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