NI×迪為：底盤域HIL仿真系統(tǒng)

01 前言

隨著汽車互聯(lián)化、自動(dòng)化和電氣化程度的提高，電子控制單元幾乎可以控制所有關(guān)鍵機(jī)械結(jié)構(gòu)，底盤控制器的數(shù)量和復(fù)雜度都在提高，相對(duì)應(yīng)的測(cè)試需求也大量增加。

汽車底盤系統(tǒng)對(duì)于測(cè)試平臺(tái)的要求日趨嚴(yán)格和復(fù)雜，其主要體現(xiàn)在：

● 不同于其他系統(tǒng)，底盤擁有大量機(jī)械結(jié)構(gòu)，控制器承擔(dān)了不少機(jī)械模塊的控制功能，為了能更全面的覆蓋控制器的測(cè)試需求和搭建更貼近于實(shí)車工況的測(cè)試環(huán)境，底盤域HIL仿真測(cè)試系統(tǒng)需要配置相應(yīng)的實(shí)物臺(tái)架（轉(zhuǎn)向臺(tái)架、制動(dòng)臺(tái)架、懸架臺(tái)架），實(shí)物臺(tái)架和車輛模型的數(shù)據(jù)交互、測(cè)試實(shí)用性以及整體的體積大小等均需考慮；

● 底盤系統(tǒng)中的制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)的交互關(guān)聯(lián)性越來(lái)越高，部分主機(jī)廠和Tier 1已經(jīng)在研發(fā)底盤域控控制器，傳統(tǒng)的單一控制器HIL測(cè)試系統(tǒng)無(wú)法滿足當(dāng)下的底盤系統(tǒng)測(cè)試需求；

● 隨著智駕技術(shù)發(fā)展，底盤控制器隨之產(chǎn)生大量的智駕測(cè)試工況，這要求底盤HIL系統(tǒng)能支持智駕測(cè)試環(huán)境，或者能支持與智駕HIL測(cè)試系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試。

02 解決方案

迪為科技依靠多年的HIL測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，可以為OEM和零部件企業(yè)提供一套成熟可靠、貼合當(dāng)下汽車行業(yè)測(cè)試需求的底盤HIL仿真測(cè)試解決方案。

底盤HIL測(cè)試系統(tǒng)由上位機(jī)、HIL臺(tái)架、實(shí)物臺(tái)架和被控對(duì)象模型組成。

方案特點(diǎn)：

● 采用NI PXI系統(tǒng)結(jié)合NI Linux RT的強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模型、硬件、總線的交互與仿真；

● HIL測(cè)試系統(tǒng)按控制器分類采用模塊化設(shè)計(jì)，在硬件和軟件設(shè)計(jì)中盡量使各個(gè)控制器保持相對(duì)獨(dú)立，使之在實(shí)際測(cè)試中可根據(jù)需求切換單一控制器測(cè)試或者多控制器聯(lián)合測(cè)試；

● 配置內(nèi)存反射板卡，支持和其他HIL測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，可滿足后續(xù)與智駕、三電和車身等HIL測(cè)試系統(tǒng)的聯(lián)合仿真調(diào)試；

● 基于NI FPGA硬件開(kāi)發(fā)的傳感器模擬器可實(shí)現(xiàn)模擬多種通訊協(xié)議的傳感器信號(hào)，一塊FPGA板卡即可實(shí)現(xiàn)多路SENT信號(hào)、AK信號(hào)和PSI5信號(hào)等的模擬；

● NI平臺(tái)兼容性強(qiáng)，支持使用Simulink、Carsim、CarMaker和DYNA4等軟件搭建車輛模型，支持TestStand、ECUTEST和Python開(kāi)發(fā)自動(dòng)化測(cè)試案例。

03 方案細(xì)節(jié)

測(cè)試軟件使用VeriStand作為試驗(yàn)管理軟件，用于配置HIL系統(tǒng)和提供測(cè)試操作界面。自動(dòng)化測(cè)試案例開(kāi)發(fā)軟件可根據(jù)客戶需求選用TestStand、ECUTest和Python等。

實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)選用NI的產(chǎn)品，NI的產(chǎn)品線豐富，可根據(jù)HIL測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜性選擇合適的實(shí)時(shí)處理器和機(jī)箱，根據(jù)控制器IO需求選擇IO板卡。針對(duì)特殊傳感器的信號(hào)模擬，則選擇可編程FPGA板卡，配合迪為科技開(kāi)發(fā)的算法和信號(hào)調(diào)理模塊，一塊FPGA卡可以實(shí)現(xiàn)DIO、PWM、SENT、AK和PSI5等信號(hào)輸出。對(duì)于多域多機(jī)聯(lián)調(diào)需求，選用128M內(nèi)存空間、2.215G光纖通訊的反射內(nèi)存卡在多臺(tái)HIL臺(tái)架間創(chuàng)建共享內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)多機(jī)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。圖為某項(xiàng)目硬件清單，可供參考：

針對(duì)底盤的三個(gè)系統(tǒng)中的特殊傳感器，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度扭矩傳感器SENT信號(hào)，制動(dòng)系統(tǒng)的輪速傳感器為AK信號(hào)，懸架系統(tǒng)的高度傳感器為PSI5信號(hào)，迪為科技基于FPGA硬件開(kāi)發(fā)了角度扭矩傳感器、輪速傳感器和高度傳感器的模擬器，且可根據(jù)用戶需求集成多種傳感器、多種模式到同一個(gè)模擬器中，滿足了多項(xiàng)目切換的測(cè)試需求。

傳感器模擬器有便攜式和適用于HIL機(jī)柜的板卡類型，對(duì)于集成到HIL測(cè)試系統(tǒng)中的傳感器模擬器則開(kāi)發(fā)成VeriStand支持的FPGA CD模式，在VeriStand中添加傳感器模擬器控制接口，可配合IO模型實(shí)現(xiàn)信號(hào)仿真和故障注入。

目前，迪為科技相關(guān)產(chǎn)品已在耐世特、采埃孚等主流Tier 1產(chǎn)品上得到應(yīng)用和驗(yàn)證。

針對(duì)不同客戶的需求，迪為科技可提供信號(hào)級(jí)HIL測(cè)試系統(tǒng)和Powerpack級(jí)HIL測(cè)試系統(tǒng)。信號(hào)級(jí)HIL不帶執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)PXI硬件和控制器形成閉環(huán)，主要偏重于通訊測(cè)試、邏輯算法測(cè)試，體積小，成本低，適合零部件供應(yīng)商。Powerpack級(jí)則在信號(hào)級(jí)的基礎(chǔ)上增加了實(shí)物臺(tái)架，包含實(shí)車部件、伺服電機(jī)、傳感器和裝配夾具等，更貼近于實(shí)車環(huán)境，可以驗(yàn)證執(zhí)行部件的功能，測(cè)試覆蓋度大幅提高。

以制動(dòng)系統(tǒng)為例，制動(dòng)臺(tái)架主要有四個(gè)部分組成、一套液壓制動(dòng)系統(tǒng)（包含主缸、卡鉗、制動(dòng)盤和液壓管路）、制動(dòng)控制器、伺服電機(jī)、采集模塊。臺(tái)架可根據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)成與實(shí)車相同布置的模式，也可設(shè)計(jì)為緊湊型。

迪為科技選擇了支持EtherCAT通訊協(xié)議的伺服單元和采集模塊（NI RT支持EtherCAT通訊），一方面EtherCAT高傳輸速率保證了實(shí)時(shí)性，另一方面EtherCAT連接方式簡(jiǎn)單，多設(shè)備通過(guò)網(wǎng)線串聯(lián)最終連接到HIL機(jī)柜的只要一根網(wǎng)線即可。制動(dòng)臺(tái)架的工作方式為使用伺服電機(jī)模擬踏板進(jìn)行制動(dòng)，使用傳感器采集液壓系統(tǒng)中的壓力經(jīng)由采集模塊通過(guò)EtherCAT將傳感器數(shù)據(jù)傳到HIL機(jī)柜中的被控對(duì)象模型中。

底盤HIL測(cè)試系統(tǒng)車輛模型使用Simulink搭建基礎(chǔ)模型，結(jié)合利用商業(yè)化動(dòng)力學(xué)軟件（CarSim、CarMaker和DYNA4）提高仿真精度。

NI平臺(tái)支持多種仿真軟件的聯(lián)合調(diào)試，通過(guò)項(xiàng)目需求和硬件資源梳理相關(guān)的系統(tǒng)信號(hào)，在商業(yè)模型方面將底盤模型中的部分模塊替換為HIL測(cè)試系統(tǒng)中的實(shí)物臺(tái)架，在Simulink模型中搭建信號(hào)處理模型將實(shí)物臺(tái)架和商業(yè)化模型的信號(hào)進(jìn)行處理，最后將兩個(gè)模型編譯導(dǎo)入VeriStand進(jìn)行信號(hào)映射，便可將兩個(gè)模型串聯(lián)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)試。

模型的搭建按功能進(jìn)行模塊劃分，如輸入輸出模型、駕駛員模型、虛擬控制器模型、車輛物理模型、實(shí)物臺(tái)架控制器模型等。模塊化設(shè)計(jì)配合模塊使能標(biāo)定量，可以幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)真實(shí)控制器和虛擬控制器間的切換，也可以實(shí)現(xiàn)同一車型不同配置的切換，例如低配的單電機(jī)車輛模型和高配的雙電機(jī)車輛模型等。

當(dāng)前多域聯(lián)調(diào)成為主流趨勢(shì)，底盤HIL測(cè)試系統(tǒng)除了需要滿足底盤控制器的測(cè)試要求，還需要具備多域多機(jī)聯(lián)調(diào)的能力。針對(duì)這一需求，可以選擇反射內(nèi)存板卡GE-5565，通過(guò)光纖將多臺(tái)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的反射內(nèi)存板卡串聯(lián)，在VeriStand中創(chuàng)建共享內(nèi)存空間和共享信號(hào)通道，將各個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中需要交互的信號(hào)映射到共享信號(hào)通道中即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。

同時(shí)，模塊化的硬件設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)，配合已于解耦的接線方式，可以快速地將多系統(tǒng)的對(duì)空對(duì)象模型合并為一個(gè)完整的車輛模型，將多個(gè)域的HIL測(cè)試系統(tǒng)整合成為整車級(jí)的HIL測(cè)試系統(tǒng)。

04 總結(jié)

當(dāng)前汽車行業(yè)飛速發(fā)展，技術(shù)更新迭代快，對(duì)于底盤HIL測(cè)試系統(tǒng)的需求在時(shí)刻變化，迪為科技根據(jù)多年的工程經(jīng)驗(yàn)提供的底盤HIL測(cè)試系統(tǒng)解決方案，既可滿足底盤單一系統(tǒng)的測(cè)試需求，同時(shí)通過(guò)軟硬件的模塊化設(shè)計(jì)和反射內(nèi)存空間提高其拓展性，滿足客戶后續(xù)技術(shù)升級(jí)所要求的多域多機(jī)聯(lián)調(diào)功能。

本文作者：杭州迪為科技有限公司   余東海