德斯貝斯機(jī)電控制技術(shù)有限公司主要提供機(jī)電控制技術(shù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工具鏈，主要服務(wù)于快速成型，硬件在環(huán)，代碼自動(dòng)生成，虛擬仿真等領(lǐng)域日前，在蓋世汽車(chē)主辦的2022第三屆汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)及關(guān)鍵技術(shù)大會(huì)上，德貝斯機(jī)電控制技術(shù)有限公司電驅(qū)動(dòng)工程團(tuán)隊(duì)經(jīng)理李錦彪介紹，硬件在環(huán)測(cè)試的主要作用是提供測(cè)試環(huán)境，即使在沒(méi)有實(shí)車(chē)，真電機(jī)，逆變器的情況下，也可以通過(guò)模擬板模擬實(shí)車(chē)的電驅(qū)動(dòng)環(huán)境無(wú)論是硬件的功能級(jí)故障還是接口級(jí)故障，都可以很好的在環(huán)模擬硬件，實(shí)現(xiàn)故障注入測(cè)試，方便研發(fā)前期的產(chǎn)品級(jí)測(cè)試，提高測(cè)試效率，降低測(cè)試成本

李錦彪表示，與傳統(tǒng)汽車(chē)測(cè)試相比，電動(dòng)汽車(chē)測(cè)試最大的挑戰(zhàn)是車(chē)型的挑戰(zhàn)因?yàn)橐ＷC被控對(duì)象模型能夠準(zhǔn)確模擬電路的特性，所以模型方案的數(shù)量會(huì)非常多，對(duì)建模效率和硬件計(jì)算平臺(tái)性能的要求也會(huì)更高對(duì)于電傳動(dòng)系統(tǒng)，Desbeth提供了信號(hào)級(jí)，功率級(jí)和機(jī)械臺(tái)架級(jí)的硬件在環(huán)測(cè)試能力，并且這種高效的測(cè)試系統(tǒng)還具有動(dòng)態(tài)，高精度的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速響應(yīng)電傳動(dòng)系統(tǒng)的各種測(cè)試需求

德斯貝斯機(jī)電控制技術(shù)有限公司電氣傳動(dòng)工程組經(jīng)理

組織以下演講內(nèi)容:

Desbeth是一家在德國(guó)成立的公司30多年來(lái)，我們一直是世界各地主要OEM和Tier1模擬測(cè)試的合作伙伴今天，我們很高興有機(jī)會(huì)與業(yè)內(nèi)專(zhuān)家和同事分享Desbeth在模擬測(cè)試領(lǐng)域的解決方案和經(jīng)驗(yàn)

硬件在環(huán)測(cè)試及其意義

按照傳統(tǒng)的V型開(kāi)發(fā)流程，前期算法開(kāi)發(fā)，快速算法驗(yàn)證，產(chǎn)品代碼制作都屬于R&D，而我們屬于測(cè)試領(lǐng)域控制器的A—sample或B—sample產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)后，在性能在平臺(tái)上校準(zhǔn)之前，HIL可以介入測(cè)試環(huán)境硬件在環(huán)測(cè)試的主要功能是提供測(cè)試環(huán)境即使測(cè)試環(huán)境中沒(méi)有實(shí)車(chē)，真電機(jī)，逆變器，我們也可以通過(guò)IO板模擬實(shí)車(chē)的電驅(qū)動(dòng)環(huán)境，測(cè)試MCU等電控單元，保證在HIL平臺(tái)上提前驗(yàn)證上百個(gè)測(cè)試用例

對(duì)于產(chǎn)品級(jí)功能安全測(cè)試，尤其是軟件功能安全規(guī)范，ISO26262也推薦用戶(hù)使用HIL為了測(cè)試不同的功能場(chǎng)景，HIL可以很好地構(gòu)建測(cè)試場(chǎng)景，而ISO26262則要求用戶(hù)準(zhǔn)備相應(yīng)的測(cè)試方法根據(jù)電機(jī)，電池，電控，控制器等不同測(cè)試領(lǐng)域，HIL將適應(yīng)不同的測(cè)試場(chǎng)景對(duì)于HIL，ISO26262也有一定的要求，即整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)必須通過(guò)ISO26262對(duì)功能安全的認(rèn)證，以保證測(cè)試結(jié)果的置信度

規(guī)范中定義的各種測(cè)試方法可以覆蓋軟件功能安全性的所有測(cè)試場(chǎng)景比如對(duì)于電機(jī)控制器，算法級(jí)的測(cè)試可以通過(guò)傳統(tǒng)的模型在環(huán)和軟件在環(huán)來(lái)完成，但是對(duì)于通信故障，硬件電路采樣，位置傳感器渦流換相延時(shí)等硬件相關(guān)的功能，就需要依靠硬件在環(huán)測(cè)試來(lái)解決

接下來(lái)，HIL平臺(tái)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)首先會(huì)設(shè)置一臺(tái)本地電腦，主要負(fù)責(zé)搭建前期的模型，編寫(xiě)后期的測(cè)試環(huán)境和測(cè)試用例核心部分是測(cè)試臺(tái)中的處理單元，實(shí)時(shí)處理器和高速仿真板都具有高速計(jì)算模型的能力各種測(cè)試環(huán)境模型都可以在仿真單元中高速運(yùn)行，核心仿真處理單元會(huì)調(diào)用I/O通道，I/O通道的數(shù)量和規(guī)模取決于被測(cè)部件如溫度傳感器，電機(jī)位置傳感器等特殊傳感器，都需要專(zhuān)門(mén)的板卡進(jìn)行加工如果IO板的通道或被測(cè)部件的規(guī)格特殊，還可以增加信號(hào)調(diào)理板，以滿足整個(gè)測(cè)試環(huán)境硬件層面的功能

整個(gè)機(jī)柜可以通過(guò)線束與被測(cè)部件連接，中間可以插入電氣故障注入單元的功能模塊根據(jù)ISO26262的要求，故障注入測(cè)試是必不可少的，一般可以通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)一種方式是通過(guò)軟件模擬功能邏輯和控制邏輯的故障，如電機(jī)的過(guò)壓，過(guò)流，超溫等另一種方式是硬件故障注入，電氣故障注入單元由上位機(jī)控制，在上位機(jī)接口處短路，讓下面相應(yīng)的開(kāi)關(guān)繼電器在不損壞線束的情況下，直接處理設(shè)備和系統(tǒng)內(nèi)部相應(yīng)的信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)故障注入的測(cè)試

根據(jù)不同的測(cè)試場(chǎng)景，還可以定制測(cè)試環(huán)境，最后通過(guò)連接真實(shí)的負(fù)載或傳感器，搭建整體的臺(tái)架環(huán)境。

無(wú)論是在國(guó)外還是在國(guó)內(nèi)，原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商都希望使用HIL主要目的是覆蓋盡可能多的測(cè)試用例，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的測(cè)試效率其次，可以節(jié)省臺(tái)架試驗(yàn)的建設(shè)成本HIL的成本大約是標(biāo)準(zhǔn)工作臺(tái)的1/5或1/6，因此可以準(zhǔn)備多套工作臺(tái)，同時(shí)運(yùn)行多個(gè)項(xiàng)目第三，技術(shù)的發(fā)展日新月異，具有良好一致性和擴(kuò)展性的HIL測(cè)試平臺(tái)可以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的測(cè)試需求

基于上述目標(biāo)，HIL在汽車(chē)工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)首先，功能測(cè)試可以在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期進(jìn)行此外，HIL測(cè)試系統(tǒng)可以很容易地復(fù)制和自動(dòng)化針對(duì)危險(xiǎn)的極端工況或一些特定的故障工況，也可以通過(guò)故障注入來(lái)重現(xiàn)產(chǎn)品的特定故障工況

電力傳動(dòng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)

傳統(tǒng)的電傳動(dòng)系統(tǒng)閉環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括主控板，功放單元，電機(jī)和機(jī)械負(fù)載HIL通常有三級(jí)測(cè)試，第一級(jí)是信號(hào)級(jí)測(cè)試，被測(cè)部分是紅線左側(cè)的控制板信號(hào)采集到控制板后，系統(tǒng)會(huì)模擬逆變器，電機(jī)，機(jī)械負(fù)載的特性，最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)試這一層需要注入控制板的IO，我們會(huì)直接反射采樣信號(hào)，然后連接到控制板

第二種是功率級(jí)測(cè)試，OEM廠商多采用功率級(jí)測(cè)試的直接測(cè)試部分是控制板+驅(qū)動(dòng)板在HIL，我們將模擬電機(jī)模型，并在模擬板上運(yùn)行模擬板一般是普通的IO板，信號(hào)規(guī)格不是特別高，而驅(qū)動(dòng)板的輸出一般是三相電壓，一般是400V或者800V所以中間需要接口轉(zhuǎn)換，我們通常會(huì)引入功率負(fù)載的概念該產(chǎn)品的主要功能是接收真實(shí)的三相電壓，并采集到板卡內(nèi)部板卡計(jì)算出來(lái)的電流會(huì)產(chǎn)生真實(shí)的電流，直接進(jìn)入電流傳感器，形成一個(gè)完整的閉環(huán)

最后一個(gè)是機(jī)械臺(tái)架試驗(yàn)最簡(jiǎn)單的就是提供一個(gè)負(fù)載電機(jī)來(lái)拖動(dòng)被測(cè)零件的電機(jī)如果更復(fù)雜的話，可以根據(jù)不同的車(chē)載位置增加與變速箱，傳動(dòng)軸或底盤(pán)相關(guān)的轉(zhuǎn)向，制動(dòng)等機(jī)械部分，在相應(yīng)的位置做載荷注入

可以看出，以上所有方案都離不開(kāi)模型的仿真，所以仿真模型的準(zhǔn)確性對(duì)試驗(yàn)有很高的影響，尤其是對(duì)于電力電子和電力傳動(dòng)的應(yīng)用對(duì)于逆變器，電機(jī)，高頻DC/DC等電力電子單元，毫秒級(jí)仿真無(wú)法滿足要求，必須將仿真壓縮到納秒級(jí)，這就導(dǎo)致了FPGA仿真策略的引入在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，模擬頻率基本是開(kāi)關(guān)頻率的100 —1000倍，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)可以模擬100—1000次，達(dá)到1%甚至0.1%的精度因此，可以模擬非常高的電流基頻，甚至可以精確地模擬由開(kāi)關(guān)效應(yīng)引起的電流紋波

我們的仿真步長(zhǎng)最低可以壓縮到100ns以?xún)?nèi)，理論上最高可以支持100kHz的開(kāi)關(guān)頻率，所以可以高精度的仿真電機(jī)特性用戶(hù)可以通過(guò)供應(yīng)商或測(cè)試臺(tái)進(jìn)行電機(jī)模型參數(shù)的標(biāo)定和導(dǎo)入，準(zhǔn)確率可以達(dá)到90—95%，足夠高的功能測(cè)試和控制邏輯測(cè)試

在信號(hào)級(jí)HIL測(cè)試中，我們會(huì)整體切割仿真架構(gòu)，將部分模型放入處理器，主要包括IO配置，機(jī)械模型等對(duì)仿真步長(zhǎng)要求不高的模型，逆變器和電機(jī)等電力電子單元通常放置在FPGA板中，與控制板相連通過(guò)這種仿真，電流的基波響應(yīng)范圍將更寬，并且電流紋波可以被精確地再現(xiàn)

對(duì)于功率級(jí)HIL測(cè)試，除了電機(jī)模擬之外，不需要模擬逆變器逆變器直接成為用戶(hù)的被測(cè)部分，中間需要增加一個(gè)電子負(fù)載單元常用的電子負(fù)載一般是30V或者60V的低壓檔位30V可用于簡(jiǎn)單的電機(jī)模擬，60V一般用于48V輕型混合動(dòng)力汽車(chē)，EPS或發(fā)電機(jī)的模擬整個(gè)模塊可以并聯(lián)連接，以提高電流和功率水平

機(jī)械臺(tái)架相當(dāng)于簡(jiǎn)單的性能校準(zhǔn)臺(tái)架機(jī)械臺(tái)架不僅要測(cè)試電機(jī)和控制器，還要測(cè)試機(jī)械部分我們會(huì)把機(jī)械部分放在機(jī)架上，在相應(yīng)的位置加上負(fù)載電機(jī)以轉(zhuǎn)向電機(jī)為例，可以在它上面加一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)來(lái)模擬駕駛員的轉(zhuǎn)向行為，在拉桿的末端加一個(gè)直線電機(jī)來(lái)模擬轉(zhuǎn)向阻力機(jī)械工作臺(tái)上通常有模擬力傳感器或電壓，電流和溫度傳感器為了保證采樣的準(zhǔn)確性，我們會(huì)有專(zhuān)門(mén)的采樣單元，盡可能靠近采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，模擬采樣后轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)送回機(jī)柜，解決了采樣精度和傳輸距離的問(wèn)題

機(jī)械臺(tái)架具有高度的定制化根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，我們可以根據(jù)客戶(hù)的要求定制臺(tái)架，從最簡(jiǎn)單的一對(duì)拖車(chē)到最復(fù)雜的高性能三電機(jī)臺(tái)架

硬件回路測(cè)試領(lǐng)域的新要求

伴隨著技術(shù)的發(fā)展，需要越來(lái)越多的OEM和Tier1，越來(lái)越多的被測(cè)零件會(huì)集成到測(cè)試環(huán)境中，這也對(duì)平臺(tái)搭建，尤其是模型搭建提出了更高的要求。

從汽車(chē)從充電端到執(zhí)行端的電氣拓?fù)鋪?lái)看，前期主要研究電機(jī)+逆變器，后期會(huì)研究低壓DCDC測(cè)試完逆變器后，我們需要測(cè)試充電DC快充主要測(cè)試充電協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，慢充交流充電涉及OBC的測(cè)試OBC的電路比較復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)特別高，這對(duì)模型提出了更高的要求

有的客戶(hù)可能還需要做充電樁的仿真，前端還包括儲(chǔ)能逆變器，光伏儲(chǔ)能等大規(guī)模電路仿真因此，伴隨著越來(lái)越多的電力電子器件應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)，需要測(cè)量的東西也越來(lái)越多

與傳統(tǒng)的汽車(chē)HIL試驗(yàn)相比，汽車(chē)工業(yè)電力電子HIL試驗(yàn)的最大挑戰(zhàn)是模型的挑戰(zhàn)我們需要保證被控對(duì)象模型能夠準(zhǔn)確模擬電路的特性，電路類(lèi)型將決定整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，其次，開(kāi)關(guān)元件的數(shù)量，尤其是開(kāi)關(guān)頻率，是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)開(kāi)關(guān)頻率越高，模型計(jì)算速度越快，才能保證精度，這就對(duì)模型的效率和硬件計(jì)算平臺(tái)的性能提出了更高的要求

常見(jiàn)的建模方案首先是基于拓?fù)浣＃渲锌梢圆捎脙煞N方法:第一種是相對(duì)簡(jiǎn)單的電路建模，關(guān)鍵在于離線模型的實(shí)時(shí)處理我們會(huì)提供專(zhuān)門(mén)的解析器，可以實(shí)時(shí)處理離線的電路模型，并下載到處理器中，從而達(dá)到2—3微秒的仿真步長(zhǎng)這種方法的應(yīng)用場(chǎng)景通常是DCDC電路對(duì)于更復(fù)雜的模型，比如OBC，諧振變換器的開(kāi)關(guān)頻率很高，模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，所以會(huì)對(duì)模型提出非常高的要求我們將按照300K的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行切割，對(duì)于300K以?xún)?nèi)的開(kāi)關(guān)頻率，我們可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)精確建模如果超過(guò)300 K，就需要以空間換時(shí)間，即利用FPGA的大容量空間存儲(chǔ)整個(gè)電路的仿真差表，保證實(shí)時(shí)計(jì)算速度最終可以保證在500K的開(kāi)關(guān)頻率范圍內(nèi)，仍然可以實(shí)現(xiàn)功能級(jí)測(cè)試

分布式仿真我們一般用2—3塊板板卡之間通過(guò)高速互聯(lián)電纜連接，可以達(dá)到納秒級(jí)的通信速率，將延遲壓縮在1微秒以?xún)?nèi)，保證實(shí)時(shí)性FPGA板和處理器板之間會(huì)有高速光纖通信，這里的信號(hào)延遲稍微長(zhǎng)一點(diǎn)，大約2—3微秒，非核心的關(guān)鍵信號(hào)通常在這里傳輸

除了模型，行業(yè)內(nèi)新興的需求是電機(jī)模擬器的高壓功率級(jí)的模擬在高壓電源下，電壓等級(jí)可能達(dá)到800V，甚至1000V，所以需要一套高壓電源臺(tái)架高壓功率臺(tái)架首先需要一個(gè)電池模擬單元，它會(huì)和電池模型進(jìn)行交互，整體電壓由模型計(jì)算控制此外，電機(jī)模擬器將模擬三相和六相的不同電流，并與電機(jī)模型交互整個(gè)電機(jī)的電流由模型控制，被測(cè)部分是電機(jī)控制器電壓等級(jí)可達(dá)800V或1000V目前我們的主流配置都是1000V以上整個(gè)系統(tǒng)采用能量循環(huán)的機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)能量回饋整個(gè)系統(tǒng)將與實(shí)驗(yàn)室的電網(wǎng)隔離，從而保證系統(tǒng)的安全性

中間使用的核心模塊是高壓電子負(fù)載模塊閉環(huán)測(cè)試對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能要求很高模型計(jì)算完成后，需要在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生真實(shí)電流，中間的延時(shí)不能影響控制器的閉環(huán)我們采用了碳化硅在1250V的控制技術(shù)，可以保證基波頻率達(dá)到3K—4K左右，這樣就可以無(wú)失真地模擬電流波形，將總諧波失真壓縮在很小的范圍內(nèi)

除了電力驅(qū)動(dòng)，我們還將涉及充電的HIL測(cè)試其主要特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)種類(lèi)繁多，不同的充電槍規(guī)格和通信協(xié)議會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的適應(yīng)性提出更高的要求

通常我們使用專(zhuān)門(mén)的測(cè)試盒進(jìn)行交換通信，使用交換盒進(jìn)行測(cè)試，所以無(wú)論哪種標(biāo)準(zhǔn)，最終都能適應(yīng)相應(yīng)的測(cè)試場(chǎng)景。

根據(jù)客戶(hù)需求，還可以模擬大功率充電樁通過(guò)直接搭建充電樁模擬器，實(shí)現(xiàn)實(shí)車(chē)充電，不僅可以進(jìn)行通信協(xié)議握手驗(yàn)證等各種一次性測(cè)試，還可以通過(guò)功率流模擬測(cè)試交流充電，DC充電，雙向反饋

未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的測(cè)試需求，dSPACE承諾我們將繼續(xù)為所有客戶(hù)提供最先進(jìn)的技術(shù)和解決方案。

日前，在蓋世汽車(chē)主辦的2022第三屆汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)及關(guān)鍵技術(shù)大會(huì)上，公司電驅(qū)動(dòng)工程組經(jīng)理李錦彪發(fā)表了《新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效硬件在環(huán)測(cè)試》主題演講。)