使用NI VeriStand實(shí)現(xiàn)汽車ECU的HIL測試

　　“NI VeriStand與NI PXI平臺的結(jié)合滿足了用戶對I/O、計(jì)算能力、信號仿真和數(shù)據(jù)分析等功能的需求，而且是完全開放和模塊化的。”–Enrico Corti, Alma Automotive.

　　挑戰(zhàn)：

　　基于商業(yè)現(xiàn)成(COTS)的硬件，為發(fā)動機(jī)和整車的實(shí)時仿真開發(fā)一個模塊化的硬件在環(huán)(HIL)測試系統(tǒng)，以減少嵌入式軟件驗(yàn)證過程中所需要的實(shí)物測試次數(shù)。

　　解決方案：

　　基于NI VeriStand實(shí)時測試軟件和NI PXI硬件的測試系統(tǒng)提供了用戶所需的計(jì)算能力，可以利用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)硬件實(shí)現(xiàn)高速控制，同時，各種不同的I/O不僅能保證該HIL系統(tǒng)可以滿足當(dāng)前的需求，而且可進(jìn)行功能擴(kuò)展以滿足未來的應(yīng)用需求。

　　Alma Automotive是一家總部設(shè)在意大利北部的公司，為汽車的校準(zhǔn)、控制和測試提供定制的解決方案。Alma Automotive根據(jù)客戶的需求，提供純軟件(模型或基于模型的分析)，或集成硬件和軟件的解決方案。Eldor公司提供汽車電子組件，如線圈、傳感器系統(tǒng)和電子控制單元(ECU)。

　　因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/HIL">HIL系統(tǒng)可以用來實(shí)現(xiàn)自動化和標(biāo)準(zhǔn)化測試，所以它們是ECU測試的標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)市場上可用的HIL系統(tǒng)提供的是不能擴(kuò)展或定制的標(biāo)準(zhǔn)功能，Eldor公司選擇了由Alma汽車公司提出的HIL解決方案，因?yàn)樵摲桨傅挠布蛙浖情_放的，并可以完全根據(jù)他們的需求定制。

　　HIL系統(tǒng)所仿真的是由ECU控制的設(shè)備，所有進(jìn)入ECU的實(shí)際信號必須由HIL測試系統(tǒng)產(chǎn)生的信號代替。因?yàn)槟繕?biāo)是測試ECU的功能，所以仿真必須實(shí)時運(yùn)行。模型必須精確地對ECU命令進(jìn)行響應(yīng)，以測試整個嵌入式控制系統(tǒng)。對于某些類型的信號，復(fù)現(xiàn)一個正確的時基是很困難的，因?yàn)楦哳l率的信號需要與曲軸的瞬時位置同步。這種典型的例子包括缸內(nèi)壓力、加速度計(jì)、離子電流和進(jìn)氣壓力信號。

　　目前市場上有很多的HIL系統(tǒng)可供選擇。大多數(shù)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是缺乏對HIL供應(yīng)商所提供的基礎(chǔ)函數(shù)庫進(jìn)行定制的工具，很難訪問底層(類似FPGA)函數(shù)，因此這些系統(tǒng)無法滿足顧客的需求。

　　NI VeriStand與NI PXI平臺的結(jié)合滿足了用戶對I/O、計(jì)算能力、信號仿真和數(shù)據(jù)分析等功能的需求，而且是完全開放和模塊化的。決定該應(yīng)用成功的兩個關(guān)鍵因素是：充分利用了 NI LabVIEW FPGA模塊創(chuàng)建復(fù)雜FPGA代碼的能力和創(chuàng)建了一個自定義設(shè)備來輸出凸輪軸、曲軸、進(jìn)氣門、傳感器電流和缸內(nèi)壓力信號。

　　由Alma Automotive公司提出的HIL系統(tǒng)(圖1)集成了以下硬件和軟件組件：

• 用PXI實(shí)時控制器開發(fā)的一個完整的發(fā)動機(jī)/車輛(摩托車)/駕駛員模型，該控制器的步長時間為500µs，單核CPU負(fù)荷為20%;
• 用自定義設(shè)備實(shí)現(xiàn)的一個高帶寬信號發(fā)生器，該自定義設(shè)備用來產(chǎn)生基于模型的曲軸、凸輪軸、進(jìn)氣門、缸內(nèi)壓力和離子電流信號，也用來獲取所有的ECU輸出指令，包括點(diǎn)火、噴射、H橋和中斷燈等指令。該自定義設(shè)備是用7852R板卡實(shí)現(xiàn)的。
• 由Alma Automotive公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一個自定義的I/O信號調(diào)理板，將ECU模擬輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)門TL數(shù)字信號，并在必要時增強(qiáng)PXI 6723的模擬輸出信號(可變磁阻信號，VRS)。
• 由Alma Automotive公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一個自定義的執(zhí)行器和傳感器故障插入單元(FIU)和一個可以提供96路信號的外置接線盒。　　

 

　　車輛仿真模式可用于開環(huán)(用戶駕駛車輛)或閉環(huán)仿真(駕駛員遵照車輛速度軌跡)。測功機(jī)模式也可以模擬試驗(yàn)臺的運(yùn)行狀況。發(fā)動機(jī)采用多變量扭矩圖建立模型，該子模型輸出發(fā)動機(jī)的扭矩、空氣/燃料比和其它參數(shù)。這些輸出發(fā)送到定制的設(shè)備以產(chǎn)生高頻信號，如進(jìn)氣壓力信號。發(fā)動機(jī)扭矩用來提供車輛和變速器子模型，動力傳動系統(tǒng)組件。發(fā)動機(jī)和車輛速度是基于發(fā)動機(jī)扭矩、離合器位置、插入式齒輪、輪胎運(yùn)轉(zhuǎn)狀況和前后輪上的實(shí)際載荷來計(jì)算的。