NI×迪為：底盤(pán)域HIL仿真系統

01 前言

隨著(zhù)汽車(chē)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)鍵機械結構，底盤(pán)控制器的數量和復雜度都在提高，相對應的測試需求也大量增加。

汽車(chē)底盤(pán)系統對于測試平臺的要求日趨嚴格和復雜，其主要體現在：

● 不同于其他系統，底盤(pán)擁有大量機械結構，控制器承擔了不少機械模塊的控制功能，為了能更全面的覆蓋控制器的測試需求和搭建更貼近于實(shí)車(chē)工況的測試環(huán)境，底盤(pán)域HIL仿真測試系統需要配置相應的實(shí)物臺架（轉向臺架、制動(dòng)臺架、懸架臺架），實(shí)物臺架和車(chē)輛模型的數據交互、測試實(shí)用性以及整體的體積大小等均需考慮；

● 底盤(pán)系統中的制動(dòng)系統、轉向系統和懸架系統的交互關(guān)聯(lián)性越來(lái)越高，部分主機廠(chǎng)和Tier 1已經(jīng)在研發(fā)底盤(pán)域控控制器，傳統的單一控制器HIL測試系統無(wú)法滿(mǎn)足當下的底盤(pán)系統測試需求；

● 隨著(zhù)智駕技術(shù)發(fā)展，底盤(pán)控制器隨之產(chǎn)生大量的智駕測試工況，這要求底盤(pán)HIL系統能支持智駕測試環(huán)境，或者能支持與智駕HIL測試系統的聯(lián)合調試。

02 解決方案

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

底盤(pán)HIL測試系統由上位機、HIL臺架、實(shí)物臺架和被控對象模型組成。

方案特點(diǎn)：

● 采用NI PXI系統結合NI Linux RT的強實(shí)時(shí)操作系統，實(shí)現模型、硬件、總線(xiàn)的交互與仿真；

● HIL測試系統按控制器分類(lèi)采用模塊化設計，在硬件和軟件設計中盡量使各個(gè)控制器保持相對獨立，使之在實(shí)際測試中可根據需求切換單一控制器測試或者多控制器聯(lián)合測試；

● 配置內存反射板卡，支持和其他HIL測試系統進(jìn)行實(shí)時(shí)數據交互，可滿(mǎn)足后續與智駕、三電和車(chē)身等HIL測試系統的聯(lián)合仿真調試；

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

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

03 方案細節

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

實(shí)時(shí)測試系統選用NI的產(chǎn)品，NI的產(chǎn)品線(xiàn)豐富，可根據HIL測試系統復雜性選擇合適的實(shí)時(shí)處理器和機箱，根據控制器IO需求選擇IO板卡。針對特殊傳感器的信號模擬，則選擇可編程FPGA板卡，配合迪為科技開(kāi)發(fā)的算法和信號調理模塊，一塊FPGA卡可以實(shí)現DIO、PWM、SENT、AK和PSI5等信號輸出。對于多域多機聯(lián)調需求，選用128M內存空間、2.215G光纖通訊的反射內存卡在多臺HIL臺架間創(chuàng )建共享內存空間，實(shí)現多機間的實(shí)時(shí)數據交互。圖為某項目硬件清單，可供參考：

針對底盤(pán)的三個(gè)系統中的特殊傳感器，轉向系統的角度扭矩傳感器SENT信號，制動(dòng)系統的輪速傳感器為AK信號，懸架系統的高度傳感器為PSI5信號，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，且可根據用戶(hù)需求集成多種傳感器、多種模式到同一個(gè)模擬器中，滿(mǎn)足了多項目切換的測試需求。

傳感器模擬器有便攜式和適用于HIL機柜的板卡類(lèi)型，對于集成到HIL測試系統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)現信號仿真和故障注入。

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)品上得到應用和驗證。

針對不同客戶(hù)的需求，迪為科技可提供信號級HIL測試系統和Powerpack級HIL測試系統。信號級HIL不帶執行機構，通過(guò)PXI硬件和控制器形成閉環(huán)，主要偏重于通訊測試、邏輯算法測試，體積小，成本低，適合零部件供應商。Powerpack級則在信號級的基礎上增加了實(shí)物臺架，包含實(shí)車(chē)部件、伺服電機、傳感器和裝配夾具等，更貼近于實(shí)車(chē)環(huán)境，可以驗證執行部件的功能，測試覆蓋度大幅提高。

以制動(dòng)系統為例，制動(dòng)臺架主要有四個(gè)部分組成、一套液壓制動(dòng)系統（包含主缸、卡鉗、制動(dòng)盤(pán)和液壓管路）、制動(dòng)控制器、伺服電機、采集模塊。臺架可根據客戶(hù)需求設計成與實(shí)車(chē)相同布置的模式，也可設計為緊湊型。

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，多設備通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)串聯(lián)最終連接到HIL機柜的只要一根網(wǎng)線(xiàn)即可。制動(dòng)臺架的工作方式為使用伺服電機模擬踏板進(jìn)行制動(dòng)，使用傳感器采集液壓系統中的壓力經(jīng)由采集模塊通過(guò)EtherCAT將傳感器數據傳到HIL機柜中的被控對象模型中。

底盤(pán)HIL測試系統車(chē)輛模型使用Simulink搭建基礎模型，結合利用商業(yè)化動(dòng)力學(xué)軟件（CarSim、CarMaker和DYNA4）提高仿真精度。

NI平臺支持多種仿真軟件的聯(lián)合調試，通過(guò)項目需求和硬件資源梳理相關(guān)的系統信號，在商業(yè)模型方面將底盤(pán)模型中的部分模塊替換為HIL測試系統中的實(shí)物臺架，在Simulink模型中搭建信號處理模型將實(shí)物臺架和商業(yè)化模型的信號進(jìn)行處理，最后將兩個(gè)模型編譯導入VeriStand進(jìn)行信號映射，便可將兩個(gè)模型串聯(lián)實(shí)現聯(lián)合調試。

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(chē)輛物理模型、實(shí)物臺架控制器模型等。模塊化設計配合模塊使能標定量，可以幫助客戶(hù)快速地實(shí)現真實(shí)控制器和虛擬控制器間的切換，也可以實(shí)現同一車(chē)型不同配置的切換，例如低配的單電機車(chē)輛模型和高配的雙電機車(chē)輛模型等。

當前多域聯(lián)調成為主流趨勢，底盤(pán)HIL測試系統除了需要滿(mǎn)足底盤(pán)控制器的測試要求，還需要具備多域多機聯(lián)調的能力。針對這一需求，可以選擇反射內存板卡GE-5565，通過(guò)光纖將多臺實(shí)時(shí)系統中的反射內存板卡串聯(lián)，在VeriStand中創(chuàng )建共享內存空間和共享信號通道，將各個(gè)實(shí)時(shí)系統中需要交互的信號映射到共享信號通道中即可實(shí)現實(shí)時(shí)數據交互。

同時(shí)，模塊化的硬件設計和模型設計，配合已于解耦的接線(xiàn)方式，可以快速地將多系統的對空對象模型合并為一個(gè)完整的車(chē)輛模型，將多個(gè)域的HIL測試系統整合成為整車(chē)級的HIL測試系統。

04 總結

當前汽車(chē)行業(yè)飛速發(fā)展，技術(shù)更新迭代快，對于底盤(pán)HIL測試系統的需求在時(shí)刻變化，迪為科技根據多年的工程經(jīng)驗提供的底盤(pán)HIL測試系統解決方案，既可滿(mǎn)足底盤(pán)單一系統的測試需求，同時(shí)通過(guò)軟硬件的模塊化設計和反射內存空間提高其拓展性，滿(mǎn)足客戶(hù)后續技術(shù)升級所要求的多域多機聯(lián)調功能。

本文作者：杭州迪為科技有限公司   余東海