挑戰(zhàn):
開發(fā)一個可擴(kuò)展且靈活的通用硬件在環(huán)（HIL）平臺來驗(yàn)證并聯(lián)式混合動力汽車多個電子控制單元（ECU）的集成。
開發(fā)一個可擴(kuò)展且靈活的通用硬件在環(huán)（HIL）平臺來驗(yàn)證并聯(lián)式混合動力汽車多個電子控制單元（ECU）的集成。
解決方案:
利用PXI平臺的可擴(kuò)展性和NI VeriStand軟件的開箱即用功能開發(fā)一個測試系統(tǒng)，在短短兩個月的時(shí)間內(nèi)同時(shí)測試六個互連的汽車ECU。
作者:
Sanjay Mane - TATA Motors
關(guān)于塔塔汽車
塔塔汽車公司是印度最大的汽車公司。 它是商用車各領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，在乘用車領(lǐng)域也是全球頂尖制造商，其生產(chǎn)的緊湊型和中型轎車以及多功能車屢獲殊榮。 同時(shí)它也是世界第五大卡車制造商和第四大客車制造商。
作為塔塔汽車公司高級集成團(tuán)隊(duì)的一部分，我們的任務(wù)是驗(yàn)證汽車的主要電子部件，如電子控制單元（ECU）和儀表盤。 同時(shí)我們還需要響應(yīng)和解決報(bào)告的現(xiàn)場故障并向相關(guān)團(tuán)隊(duì)提供反饋。 從更廣義的角度來看，高級集成團(tuán)隊(duì)充當(dāng)著汽車開發(fā)過程中設(shè)計(jì)和最終部署階段之間的橋梁。
具體應(yīng)用
我們項(xiàng)目的目標(biāo)是開發(fā)一個通用的測試裝置，只需少量的工作便可對其進(jìn)行自定義來測試任何ECU。 該系統(tǒng)還需要具有可擴(kuò)展性來同時(shí)多個ECU，同時(shí)還需要具備足夠的靈活性，在需要時(shí)與不同的ECU進(jìn)行交互。
對于其中一款即將上市的并聯(lián)混合動力車輛，我們決定將所有的ECU和電子元件集成到一個實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，并使用硬件在環(huán)（HIL）測試驗(yàn)證集成。 我們希望能夠?qū)λ锌赡艿默F(xiàn)場場景進(jìn)行測試，并在組裝第一個物理原型之前糾正問題。 集成測試的結(jié)果對我們選擇ECU軟件和對來自多個供應(yīng)商的多個功能選項(xiàng)進(jìn)行評估非常有幫助。
在最初構(gòu)想汽車設(shè)計(jì)概念時(shí)，我們將四個主要的ECU元件分離出來，并根據(jù)要求分別制定測試計(jì)劃。 那時(shí)，我們決定采用一個非NI HIL系統(tǒng)來滿足我們的測試需求。 后來我們采購了該系統(tǒng)。 與此同時(shí)，我們使用NI的PXI系統(tǒng)來執(zhí)行另一輛汽車的ECU HIL測試，我們真的很喜歡PXI技術(shù)的模塊化特性。 我們考慮了PXI平臺的優(yōu)勢，并購買了一個NI的實(shí)時(shí)PXI系統(tǒng)來滿足我們未來的需求。
根據(jù)未來幾個月汽車設(shè)計(jì)的變化，主要的ECU數(shù)量從四個增加到了六個。 對于非NI HIL系統(tǒng)，我們面臨著通道數(shù)不夠的問題，因?yàn)樵撓到y(tǒng)是專門針對我們最初的四個ECU而定制的。 因此，我們遷移到實(shí)時(shí)NI PXI系統(tǒng)，并開始使用NI VeriStand軟件進(jìn)行開發(fā)。
我們增加了一些模塊來滿足通道需求。 借助NI VeriStand，我們在不到兩個月的時(shí)間內(nèi)成功開發(fā)了6個ECU的測試軟件。
系統(tǒng)架構(gòu)
圖1. 整體系統(tǒng)架構(gòu)
NI VeriStand引擎內(nèi)可同時(shí)執(zhí)行多個對象模型，通過控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)網(wǎng)絡(luò)的物理I/O與相應(yīng)的ECU通信。 ECU之間通過共享CAN網(wǎng)絡(luò)彼此通信。 我們將一些物理組件集成到裝置中，包括廢氣再循環(huán)閥、電機(jī)和電力負(fù)載。
在大多數(shù)情況下，模型I/O與硬件I/O相匹配。然而，某些非標(biāo)準(zhǔn)信號，諸如凸輪和曲軸信號等需要在線處理。 我們使用NI LabVIEW FPGA模塊和NI可重配置I/ O(RIO)技術(shù)將這些信號的高速數(shù)據(jù)采集和信號處理集成到NI VeriStand中，這為我們提供了巨大的靈活性。
圖2.系統(tǒng)用戶界面
在測試過程中，我們仿真各種驅(qū)動條件并監(jiān)測CAN網(wǎng)絡(luò)的錯誤幀和來自各ECU的診斷消息。 這些幀作為集成質(zhì)量的指標(biāo)，幫助我們識別潛在的故障。 我們還將ECU固件問題獨(dú)立出來。 我們將測試結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在某些情況下也反饋給零部件供應(yīng)商。
主要優(yōu)勢
基于NI產(chǎn)品的HIL測試系統(tǒng)幫助我們解決了先前測試裝置的一些問題，同時(shí)在許多方面也提高了我們的生產(chǎn)力。 一些主要優(yōu)勢包括：
- 可擴(kuò)展性： 我們需要可擴(kuò)展的測試系統(tǒng)來開發(fā)項(xiàng)目，而PXI正好幫助我們實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。 系統(tǒng)通道需求會隨著時(shí)間增加，使得量身定制的解決方案成為一個障礙。 輕松添加模塊PXI機(jī)箱的能力使得升級過程相當(dāng)簡單，而且我們能夠在很大程度上保持系統(tǒng)適應(yīng)未來需求。
- 靈活性: 我們希望開發(fā)一個可復(fù)用的系統(tǒng)來測試未來其他車型的ECU。 我們的測試系統(tǒng)包括通用的硬件模塊和可靈活自定義的軟件。 我們只需進(jìn)行兩步操作就可以使用相同的裝置來測試一組不同的ECU： 為新對象模型創(chuàng)建一個新的NI VeriStand項(xiàng)目；重新物理連接新的ECU組。
- 生產(chǎn)力： 有時(shí)候，我們沒有實(shí)體ECU可以進(jìn)行測試。 這時(shí)，我們可以使用ECU仿真模型，并將其映射至對象模型。 硬件I/O與模型I/O和參數(shù)之間的簡單映射可大幅提高生產(chǎn)效率。 我自己一個人在不到一個月的時(shí)間內(nèi)就完成了NI VeriStand項(xiàng)目的開發(fā)。
- 硬件質(zhì)量: 相比其他系統(tǒng)時(shí)，PXI硬件在質(zhì)量和可靠性方面都非常出色。 此外，F(xiàn)PGA編程選項(xiàng)幫助我們實(shí)現(xiàn)近乎完美的系統(tǒng)響應(yīng)。
選擇NI HIL平臺的理由
利用NI模塊化硬件和可擴(kuò)展的軟件，我們構(gòu)建了一個面向未來、可靠且適應(yīng)性強(qiáng)的HIL測試系統(tǒng)。 系統(tǒng)自定義功能使我們對測試結(jié)果非常放心，NI的持續(xù)支持也幫助我們更快速實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)。
圖3. HIL系統(tǒng)裝置
作者信息:
Sanjay Mane
Sanjay Mane
