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并联式混合动力汽车的硬件在环集成测试

2018-02-27 15:26:23·  
　
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。- Sanjay Mane,TATA Motors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
"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。"- Sanjay Mane, TATA Motors 

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。
 
作者:

Sanjay Mane - TATA Motors
关于塔塔汽车
 
塔塔汽车公司是印度最大的汽车公司。 它是商用车各领域的领导者，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。
 
作为塔塔汽车公司高级集成团队的一部分，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，高级集成团队充当着汽车开发过程中设计和最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。
 
在最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最初的四个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完美的系统响应。
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

作者信息:
Sanjay Mane
TATA Motors 
 
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