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混合動(dòng)力和純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)執(zhí)行HIL測試的關(guān)鍵考慮因素

2021-10-08 13:19:52·  來源：恩艾NI  
　
混合動(dòng)力和純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)在許多全電動(dòng)或混合動(dòng)力系統(tǒng)中，ECU必須管理多個(gè)獨(dú)立電源產(chǎn)生的電力。例如，混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包含一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)以及一個(gè)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)
混合動(dòng)力和純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)
 
在許多全電動(dòng)或混合動(dòng)力系統(tǒng)中，ECU必須管理多個(gè)獨(dú)立電源產(chǎn)生的電力。例如，混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包含一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)以及一個(gè)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。無論使用的是何種混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)類型，都意味著ECU必須以安全且可重復(fù)的方式控制兩個(gè)耦合對象，這兩個(gè)對象的動(dòng)態(tài)速度可能截然不同，需要大量測試才能確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性。
 
例如，在路面結(jié)冰的駕駛條件下，車輪會(huì)突然失去牽引力。在加速時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)速度急劇增加，需要安全地應(yīng)對。但是，從物理角度考慮，這種安全行為不可能在測功機(jī)上再現(xiàn)，即使是在測試跑道上，也是非常耗時(shí)和高難度的。由于針對這種特定安全條件開發(fā)的復(fù)雜控制算法必須進(jìn)行驗(yàn)證，測試需要考慮到極端的駕駛條件，以滿足量產(chǎn)車輛的質(zhì)量要求。


圖9. 混合動(dòng)力系統(tǒng)的HIL測試需要考慮更多的因素

混合動(dòng)力和全電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)都增加了ECU測試的復(fù)雜性。不管是哪種情況，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)都需要ECU產(chǎn)生高速PWM信號來驅(qū)動(dòng)電力電子硬件。如果要HIL測試系統(tǒng)對來自被測ECU的高速數(shù)字信號做出正確的響應(yīng)，仿真必須以數(shù)量級達(dá)1μs的超快速循環(huán)速率運(yùn)行。另一個(gè)需要考慮的方面是，電動(dòng)機(jī)表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性行為，例如磁性飽和和齒槽轉(zhuǎn)矩，這些行為都很難直接建模。線性模型可用于測試ECU的基本功能，但復(fù)雜的行為也需要建模，才能進(jìn)行更嚴(yán)格的測試、調(diào)整和優(yōu)化。
 
傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)無法達(dá)到1μs的循環(huán)速率，這限制了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的測試能力，迫使他們嚴(yán)重依于賴昂貴的測功機(jī)或現(xiàn)場測試。在失去牽引力的情況下，如果要通過現(xiàn)場測試來確保在所有可能運(yùn)行條件下的安全性，所需的費(fèi)用非常高昂甚至不可能實(shí)現(xiàn)。然而，提高仿真速度和保真度有助于在仿真中進(jìn)行更多可重復(fù)的測試，從而減少物理測試的時(shí)間和成本。
 
要達(dá)到1μs的模擬周期，需要測試徹底改變電動(dòng)機(jī)和電力電子HIL測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一個(gè)關(guān)鍵方法是摒棄傳統(tǒng)的基于處理器的HIL系統(tǒng)，采用基于FPGA的仿真器。
 
由于通信總線將處理器和I/O分離開，傳統(tǒng)的基于處理器的HIL系統(tǒng)可提供的最大速度僅為50 kHz左右。在仿真的單個(gè)時(shí)間步長內(nèi)，對輸入進(jìn)行采樣后，采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鬟M(jìn)行處理，處理結(jié)果傳輸回I/O節(jié)點(diǎn)，并更新輸出結(jié)果。對于PCI或PXI總線，通信的延遲通?？烧颊麄€(gè)仿真周期的四分之三。將計(jì)算任務(wù)轉(zhuǎn)移到FPGA上有助于提高計(jì)算速度。然而，提高速度的最快方法是在單個(gè)設(shè)備上并列配置處理節(jié)點(diǎn)和I/O節(jié)點(diǎn)，這樣可最小化通信延遲。
 
對高級電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真時(shí)，面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)仿真保真度和速度的平衡。雖然進(jìn)行功能級HIL測試時(shí)，簡單的常量參數(shù)或線性模型就足夠了，但通常需要提高模擬保真度來提高測試的可靠性以及優(yōu)化先進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。在不增加計(jì)算復(fù)雜度的情況下提高模擬保真度的一個(gè)有效方法是使用查找表替換模型參數(shù)，并在每次仿真迭代時(shí)更新這些參數(shù)。
 
使用有限元分析結(jié)果或通過實(shí)驗(yàn)得出的表格，您可以模擬復(fù)雜的非線性行為，例如齒槽轉(zhuǎn)矩或磁飽和，并設(shè)計(jì)可正確響應(yīng)復(fù)雜現(xiàn)象的控制器。無論是哪種情況，查找表都可以捕獲復(fù)雜的行為，而無需在仿真中直接對其進(jìn)行建模。

   36140_ATVT_Powertrain_EV_Solutions_Brief_A4_zh_cn_WR (1).pdf
  
 
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