斯巴鲁通过HIL提高混合动力车的测试速度

如今，汽车往往配备了多个ECU来管理丰富的功能和高级控制装置。在混合动力车中，电机ECU发挥着更复杂的作用，除了要管理自身的动力系统之外，还要管理发动机和电机之间的交互。

斯巴鲁的母公司富士重工业株式会社开发出首款混合动力车—Subaru XV Crosstrek Hybrid。这是我们初次尝试向日本国内和北美市场提供量产型混合动力汽车。我们的工程师为早期的混合动力原型车开发了一个电机ECU，但是该组件不符合将车辆上市的严格要求。对于量产型车辆，ECU需要具备各种控制功能以防止损坏车身并确保驾驶员和乘客在各种操作条件下的安全，包括难以或无法在物理硬件上进行测试的极端情况。

全新的测试方法

我们的工程师把ECU连接至实时电机仿真来测试和验证各种条件，包括在传统机械测试中可能会损坏系统的极端外界条件。他们开发出一种机制，以确保这种软件仿真方法能够实现成功测试的三个主要目标：

·在各种条件下验证ECU的功能，包括难以创建或复制的极端环境

·将测试用例与需求关联起来，确保完整的测试覆盖范围

·轻松执行回归测试，以便快速验证设计迭代

为了实现上述目标，我们的工程团队采用V型图方法来完成设计与验证流程。图中显示的是一种适用于嵌入式软件设计与部署验证的分段式方法，其中列出了每个阶段的测试点。在设计流程的多个步骤中，团队需要使用硬件在环(HIL)系统，通过可精准代表实际汽车电机的实时电机仿真模型，验证电机ECU的性能。此外，借助HIL系统，我们的工程师可以自动记录测试结果，并在修改ECU后自动执行回归测试，从而满足可追溯性要求。

成功开发系统

我们开发了全新的验证系统，该系统由真实的电机ECU和可模拟电机运行状况的HIL系统组成。HIL系统可以通过设置电感和电阻等物理参数来仿真电机各种运行条件。它还可以设置电力电子器件的参数，包括故障条件或测试场景，例如负载扭矩与所需旋转速度的组合。通过在测试过程中简单地更改参数，HIL系统可以轻松模拟复杂的测试场景，比如之前的汽车打滑场景甚至是会破坏物理硬件的逆变器电力电子故障。当操作员请求某个测试模式时，HIL系统会像真实的电机一样做出响应，然后可以将整体系统响应与预期响应进行交叉对照，以验证控制器能够安全处理各种测试场景。

因为这一流程需要非常高的计算性能，我们认为NI是唯一能够满足这些要求的供应商。我们选择了基于FlexRIO FPGA模块的核心系统硬件，也就是基于PXI的FPGA芯片控制器。这些模块可执行模拟电机运行状况的模型，所有部署的程序都使用NI LabVIEW系统设计软件进行开发。

挑战

利用自动化测试开发全新的验证系统，以满足斯巴鲁第一款量产混合动力车Subaru XV Hybrid的电子控制单元(ECU)所需的控制质量等级要求，并创造出使用真实机器难以实现的严苛测试条件。

解决方案

使用NI FlexRIO硬件构建验证系统，该系统可以自动执行所有测试模式，并复制最严苛的测试环境，以尽可能保障用户安全，同时达到所需的控制等级并满足严苛的时间进度要求。

选择NI平台的好处

在HIL系统中，仿真循环速率(也就是仿真的时间分辨率)是一个非常重要的参素。对于电机ECU，循环速率必须达到1.2μs或更低，模拟器才能运行。其他供应商的大多数仿真平台都使用CPU进行计算，循环速率在5μs至50μs范围内。

FlexRIO使用FPGA进行控制和运算来满足处理需求，因此在运算处理性能方面具备极大的优势。FlexRIO能够达到所需仿真速率(1.2μs)，这是该系统采用FlexRIO的决定性因素。此外，FlexRIO内置有高容量的动态随机存取内存，因此我们可以利用使用JSOL公司的JMAG软件工具链创建的JMAG-RT模型。这样便可以表现出更接近真实电机的高度非线性特性。

此外，我们的工程师可以使用LabVIEW FPGA模块在FlexRIO设备上对FPGA进行图形化编程，从而无需使用基于文本的语言(例如硬件描述语言)，即可使用FPGA技术快速开发系统。

开发出来的所有测试模式仅需118个小时就能自动执行完毕，而手动执行全部测试大约需要2300个小时。自动化测试还可以降低风险以及减少手动测试中可能发生的人为错误。HIL系统的其他优势也有助于节省时间，比如准备电机测试台和样车的设置步骤显著减少，而且测试人员无需具备高压操作资质。