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動力總成HIL測試的主要考量因素

2018-10-11 18:09:28·  來源：恩艾NI  
　

不同類型動力系統(tǒng)的關(guān)鍵考慮因素

在動力總成控制模塊（PCM）上執(zhí)行HIL測試對系統(tǒng)提出了新的要求。由于其高度專業(yè)化特性，PCM除了依賴通用微控制器外，還依賴于專用協(xié)處理器。例如，內(nèi)燃發(fā)動機PCM必須處理特定的高速發(fā)動機信號，例如轉(zhuǎn)動位置、爆震、氣缸壓力和精確執(zhí)行器控制[2]。 PCM測試需處理這些獨特的I/O和協(xié)處理器。因此，PCM測試系統(tǒng)，如待測組件，使用相應(yīng)復(fù)雜的測試系統(tǒng)來測專用協(xié)處理器來提供足夠的I/O復(fù)雜性。此外，盡管公司會不斷發(fā)布新的PCM硬件和軟件，但測試系統(tǒng)通常需要具有多年使用壽命。高度靈活性便成為測試系統(tǒng)的一個最基本要求

如今，F(xiàn)PGA是滿足這些需求的理想器件，其高性能和靈活性非常適合滿足當(dāng)今先進(jìn)PCM快速變化的測試需求[3]。 FPGA具有顯著優(yōu)勢，例如并行處理、設(shè)計可擴展性、超快的引腳到引腳的響應(yīng)時間、設(shè)計可移植性和終身可升級性。所有這些優(yōu)勢都有助于構(gòu)建強大的自適應(yīng)測試系統(tǒng)。但是，F(xiàn)PGA編程通常只有非常專業(yè)的工程師才懂，但這類工程師非常稀缺。高級別抽象的FPGA編程軟件的出現(xiàn)以及易于訪問的現(xiàn)成FPGA庫極大地提高了部署基于FPGA的測試系統(tǒng)的可行性。

內(nèi)燃動力系統(tǒng)

從本質(zhì)上說，內(nèi)燃機ECU的作用是讓發(fā)動機轉(zhuǎn)動。為此，ECU通過精心設(shè)計的編碼器輪提供的傳感器反饋來監(jiān)測發(fā)動機的位置，如圖4所示的曲軸輪，并激活噴油器和火花塞來產(chǎn)生電能。

圖4. 現(xiàn)在的曲軸輪采用復(fù)雜的pattern，如圖中所示的pattern非常獨特且不斷變化。

內(nèi)燃機ECU HIL測試儀的用途除了測量踏板等用戶輸入之外，還用于測量和生成這些燃燒信號。 表1顯示了典型的發(fā)動機ECU信號。

表1. 在開發(fā)測試儀時應(yīng)考慮這些常見的發(fā)動機ECU信號。

圖5顯示了一個典型發(fā)動機ECU測試儀的框圖（不包含負(fù)載和開關(guān)）。 測試儀包含了在CPU上運行的實時OS，用于執(zhí)行低中速（1 kHz-10 kHz）建模。 CPU與模擬、數(shù)字和總線通信等獨立I/O結(jié)合，可讓低中速信號隨著模型的執(zhí)行進(jìn)行同步更新。不管對于哪類ECU測試系統(tǒng)，這些都是核心組件，但為了滿足內(nèi)燃機ECU測試的特定要求，還需要增加一個用于實例化角度處理單元（angle processing unit，APU）的FPGA協(xié)處理器。


圖5. 典型的發(fā)動機ECU測試儀框圖包含了在FPGA上進(jìn)行實例化的APU協(xié)處理器。

APU用于執(zhí)行高速、高保真的發(fā)動機轉(zhuǎn)動仿真。轉(zhuǎn)動仿真是一個接受速度輸入值的過程，隨著時間的推移，0到360度連續(xù)發(fā)布轉(zhuǎn)動位置的仿真值。由于ECU編程為相對于其轉(zhuǎn)動位置控制發(fā)動機，因此驗證ECU時，需要在測試儀中模擬轉(zhuǎn)動位置并進(jìn)行與轉(zhuǎn)動位置相關(guān)的測量。

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