[NI技术]使用NI-VeriStand-实现汽车ECU的-HIL测试.doc

NI技术使用NI VeriStand 实现汽车ECU的 HIL测试NI VeriStand 与NI PXI平台 的结合满足了用户对 I/O、计算能力、 信号仿真和数据分析 等功能的需求，而且 是完全开放和模块化 的。- Enrico Corti, The Challenge:基于商业现成 (COTS)的硬 件，为发动机和整车 的实时仿真开发一个 模块化的硬件在环 (HIL)测试系 统，以减少嵌入式软 件验证过程中所需的 测试次数。The Solution:基于NI VeriStand 实时测试软件和 NI PXI硬件的 测试系统提供了用户 所要求的计算能力， 可以利用现场可编程 门阵列(FPGA) 硬件实现高速控制， 同时，各种不同的 I/O不仅能保证该 HIL系统可以满足 当前的需求，而且可 进行功能扩展以满足 未来的应用需求。HIL系统集成Author (s):Enrico Corti - 是一家总部设在意大 利北部的公司，为汽 车的校准、控制和测 试提供定制的解决方 案。 根据客户的需求，提 供纯软件（模型或基 于模型的分析），或 集成硬件和软件的解 决方案。Eldor 公司提供汽车电子组 件，如线圈、离子感 应系统和电子控制单 元(ECU)。因为HIL系统可以 用来实现自动化和标 准化测试，所以它们 是ECU测试的标 准。大多数市场上可 用的HIL系统提供 的是不能扩展或定制 的标准功能， Eldor公司选择 了由Alma汽车公 司提出的HIL解决 方案，因为该方案的 硬件和软件是开放 的，并可以完全根据 他们的需求定制。HIL系统必须仿真 由ECU控制的设 备，所有进入ECU 的实际信号必须由 HIL测试系统产生 的信号代替。因为目 标是测试ECU的功 能，所以仿真必须实 时运行。模型必须精 确地对ECU命令进 行响应，以测试整个 嵌入式控制系统。对 于某些类型的信号， 复现一个正确的时基 是很困难的，因为高 频率的信号需要与曲 轴的瞬时位置同步。 这种典型的例子包括 缸内压力、加速度 计、离子电流和进气 压力信号。目前市场上有很多的 HIL系统可供选 择。大多数系统的主 要缺点是缺乏对 HIL供应商所提供 的基础函数库进行定 制的工具，很难访问 底层（类似 FPGA）函数，因 此这些系统无法满足 顾客的需求。NI VeriStand 与NI PXI平台 的结合满足了用户对 I/O、计算能力、 信号仿真和数据分析 等功能的需求，而且 是完全开放和模块化 的。决定该应用成功 的两个关键因素是： 充分利用了 NI LabVIEW FPGA模块创建复 杂FPGA代码的能 力和创建了一个自定 义设备来输出凸轮 轴、曲轴、进气门、 离子电流和缸内压力 信号。由 公司提出的HIL系 统（图1）集成了以 下硬件和软件组件： 用PXI实时控制器 8110开发的一个 完整的发动机/车辆 (摩托车)/驾驶员 模型，该控制器的步 长时间为 500s，单核 CPU负荷为 20%； 用自定义设备实现的 一个高带宽信号发生 器，该自定义设备用 来产生基于模型的曲 轴、凸轮轴、进气 门、缸内压力和离子 电流信号，也用来获 取所有的ECU输出 指令，包括点火、喷 射、H桥和中断灯等 指令。该自定义设备 是用7852R板卡 实现的。 由 公司设计和生产的一 个自定义的I/O信 号调理板，将ECU 模拟输出信号转变为 TTL数字信号，并 在必要时增强 PXI 6723的 模拟输出信号(可变 磁阻信号，VRS)。 由 公司设计和生产的一 个自定义的执行器和 传感器故障插入单元 (FIU)和一个可 以提供96路信号的 外置接线盒。1/4图1: HIL系统集成车辆仿真模式可用于 开环（用户驾驶车 辆）或闭环仿真（驾 驶员遵照车辆速度轨 迹）。测功机模式也 可以模拟试验台的运 行状况。发动机采用 多变量扭矩图建立模 型，该子模型输出发 动机的扭矩、空气/ 燃料比和其它参数。 这些输出发送到定制 的设备以产生高频信 号，如进气压力信 号。发动机扭矩用来 提供车辆和变速器子 模型，动力传动系统 组件。发动机和车辆 速度是基于发动机扭 矩、离合器位置、插 入式齿轮、轮胎运转 状况和前后轮上的实 际载荷来计算的。驾驶员子模型通过基 于扭矩的控制逻辑来 操纵方向盘、刹车、 离合器和换挡，而测 功机子模型计算所提 供的扭矩以保持发动 机在要求的转速和负 载工作条件下运转。 还有一个热交换子模 型来评估发动机的冷 却液温度；电气系统 子模型使用户可以模 拟启动器和启动期间 的电池电压水平。系统的核心是由 公司设计的NI VeriStand 自定义设备插件。该 插件是一个发动机 I/O子系统模拟 器，可以产生双通道 的VRS/霍尔传感 器信号，信号调理后 的电压峰峰值达 120V、基于角度 的可配置波形和4通 道车轮信号。它还获 取12通道的调理高 电压ECU激励信 号；16通道的通用 高电压ECU输出信 号，如开/关，频率 和PWM；8通道的 被调理至120V峰 峰值范围内的模拟输 入信号。图2显示了 该自定义设备的设置 界面。传感器轮的齿 数和传感器轮的类型 完全可配置。图2: 自定义的曲轴参考信 号发生器设备由 开发的FIU也是基 于FPGA，它使用 FPGA来处理 400多路需要操作 开关的信号。 FPGA的确定性允 许在系统中设定安全 功能，包括用户定义 的故障超时、全局 FIU禁用和故障总 线上的过电流监测。 先合后断的FIU操 作使用用户可配置的 负载释放延迟，来防 止故障通道中的不明 确状态。由 开发的FIU，在电 源的最大电流限制为 2A的情况下，可以 处理64个通道，可 以访问四个通用的故 障总线。开路 GND、Vcc和 VBATT可当作电 源使用。开关状态的 反馈信息可以通过 320个LED获 得。用户既可以连接实际 负载，也可以连接仿 真负载。当使用实际 负载时，如节气阀 体，仿真系统就会读 取反馈传感器如节气 阀电位计的信息并供 给模型。当使用仿真 负载时，如虚拟节气 阀体，反馈信号由仿 真器产生，如模拟输 出通道，并发送给 ECU。实际负载与 仿真负载之间的切换 通过移动外置接线盒 上的跳线来完成。该系统成功地与目标 ECU进行了连接， 图3显示了一个典型 的用于HIL测试的 NI VeriStand 界面。图3: HIL测试控制面板2/4用户可以使用现有的 方法和台架测试模式 着重验证所有ECU 的软件和硬件功能。 使用和配置非常方 便，用户可以直接进 行系统重新配置而不 需要请求客户支持。 NI PXI平台适 合与第三方的定制开 发板集成。HIL测试系统的硬 件和软件能够更新以 减缓过时，这一点非 常重要。因为NI PXI硬件是模块化 的，并基于COTS 组件，所以它可以很 容易地升级，这就保 证了系统在将来也会 运转。NI VeriStand 具有开放的架构，易 与LabVIEW和 其它开发软件集成， 因此提供了必要的灵 活性以应对随着测试 要求改变可能出现的 任何挑战。作者信息：Enrico Corti via Terracini 2/c, 40131 Bologna 40131ItalyTel: 00390519923806 Fax: 00390510548470 ecortialma- automotive. it推荐配置：PXI 8110性 能嵌入式控制器PXI 6723 静态和波形模拟输出 模块PXI 7852R多功能 RIO模块 NI LabVIEW FPGA模块Author Information:Enrico Cortivia Terracini 2/c, 40131 Bologna 40131ItalyTel: 00390519923806 Fax: 00390510548470 ecortialma- automotive. it3/4HIL系统集成LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instrum