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車輛電動化帶來的功率級HIL測試應(yīng)用
2025-03-11
在車輛電動化架構(gòu)中，新增了許多過往在汽油車輛不會出現(xiàn)的零組件，包含電池包/電池模組/電池管理系統(tǒng)、馬達(dá)/馬達(dá)控制器、交直流/無線充電系統(tǒng)、DC/DC與制熱制冷系統(tǒng)等。這些零組件所須執(zhí)行的功能也從過往單純的弱電控制，多了強(qiáng)電大功率的行為，也由于汽車電子產(chǎn)品開發(fā)周期長、投入測試成本與風(fēng)險(xiǎn)高，如何確保產(chǎn)品開發(fā)過程符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)一直是車廠與供應(yīng)商高度關(guān)注的議題。
EV高壓部件系統(tǒng)
硬體在環(huán) (Hardware In the Loop，HIL) 技術(shù)是一種用于測試電子控制單元功能 、系統(tǒng)整合和通訊的方法，常用于汽車與航空等領(lǐng)域 。在車輛零組件測試應(yīng)用上，以模型模擬與待測物相關(guān)連的實(shí)車零組件，在臺架上即可形成閉回路系統(tǒng)進(jìn)行前期測試 。而在電動車(EV) 高壓零組件逐漸增加情況下，測試需求也由訊號級 HIL 慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)楣β始塇IL系統(tǒng)。針對上述重要高壓零組件進(jìn)行功率級HIL測試，載入車輛模擬模型的同時(shí)，不僅實(shí)現(xiàn)過往所需之功能與訊號控制測試，亦將高功率行為驗(yàn)證包含在內(nèi)，相較傳統(tǒng)訊號級HIL方案，更完整覆蓋EV高功率零組件測試范圍。
功率級HIL系統(tǒng)概念圖
以動力馬達(dá)系統(tǒng)為例，因應(yīng)EV零組件整合化設(shè)計(jì)趨勢，越來越多整車廠與零組件供應(yīng)商將馬達(dá)、馬達(dá)控制器與減速機(jī)構(gòu)等零組件整合為多合一的電力驅(qū)動系統(tǒng)。除了提高車內(nèi)空間使用率及增加車輛續(xù)航里程等優(yōu)點(diǎn)外，也相對地提高產(chǎn)品在測試程序上的復(fù)雜度。若能在開發(fā)前期即使用以負(fù)載測功機(jī)、數(shù)據(jù)采集器和電池模擬器… 等設(shè)備組成的電驅(qū)動總成測試系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，針對電力驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行整車級別的動力模擬測試，包含最重要的驅(qū)動系統(tǒng)效率、堵轉(zhuǎn)扭矩性能、饋電特性、耐久可靠度等試驗(yàn)，將可完善車用動力系統(tǒng)于動態(tài)實(shí)車工況的測試需求，于實(shí)車驗(yàn)證階段前掌握整體驅(qū)動控制性能及搭配成車后續(xù)可能的各種實(shí)際工況表現(xiàn)，節(jié)省大量實(shí)車路試與問題排查的成本。
電驅(qū)動測試系統(tǒng)測試架構(gòu)
電驅(qū)動測試實(shí)驗(yàn)室
再以成車非常重要的上坡起步情境為例，EV通常只有一或兩個(gè)固定的減速比， 面對超過10%坡度的地下道或是車庫坡道時(shí)，可能無法達(dá)到上坡起步的要求。其中的關(guān)鍵在于如何避免上坡起步時(shí)轉(zhuǎn)矩不足導(dǎo)致車輛下滑、或是起步轉(zhuǎn)矩過大導(dǎo)致加速太快引起暴沖等事故發(fā)生。可透過堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)確認(rèn)EV在起步時(shí)有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩，而電力驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩須能在不損壞的前提下穩(wěn)定持續(xù)輸出5~15秒滿足上坡進(jìn)步條件。
藉由臺架試驗(yàn)確保電機(jī)驅(qū)動器在可供給最大電流情況下進(jìn)行輸出扭矩驗(yàn)證，并可以不同的載重需求進(jìn)行多次試驗(yàn)；同時(shí)依據(jù)此測試結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整馬達(dá)控制器的起步控制策略，確保EV在各條件下都能滿足不同路況包含上坡起步的要求，防止危害事故發(fā)生。
測試案例：依據(jù)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果可看出電力驅(qū)動系統(tǒng)在100Nm扭轉(zhuǎn)時(shí)能持續(xù)輸出長達(dá)60秒
雖然EV產(chǎn)品的穩(wěn)定度已越來越高，但相關(guān)事故新聞卻也不時(shí)頻傳。當(dāng)這些高壓控制元件快速發(fā)展下，促使功能多元化、安全機(jī)制復(fù)雜化、傳遞訊號量增加與控制判斷容許錯(cuò)誤時(shí)間降低，顯然一般法規(guī)并無法涵蓋成車實(shí)際運(yùn)作的復(fù)雜行為，因此近年來車輛產(chǎn)業(yè)大力推廣的ISO 26262道路車輛功能安全規(guī)范成為各車廠與供應(yīng)商實(shí)行的方向。
在ISO 26262中針對產(chǎn)品系統(tǒng)與軟硬體設(shè)計(jì)安全要求提出所應(yīng)遵循的內(nèi)容，于測試驗(yàn)證部分則提到，無論在任何功能安全完整性(ASIL)等級下，都須進(jìn)行HIL與故障注入試驗(yàn)，以確保安全機(jī)制于整車層面上的正確性與失效覆蓋率的有效性。
ISO 26262所闡述的HIL測試，可驗(yàn)證電子控制單元功能、通訊與系統(tǒng)完整性。配合車輛模型運(yùn)作于控制器閉回路實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，藉此實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的復(fù)雜測試情境， 并對各個(gè)功能項(xiàng)目設(shè)定故障容許錯(cuò)誤時(shí)間間隔(Fault Tolerant Time Interval，F(xiàn)TTI)，確保功能失效時(shí)可在故障容許錯(cuò)誤時(shí)間間隔內(nèi)，有效地檢測出故障并且實(shí)施安全機(jī)制，避免危害發(fā)生。
HIL測試需求
安全相關(guān)時(shí)間間隔示意圖
Chroma功率級HIL方案協(xié)助完善ISO 26262流程、利于產(chǎn)品取得ASIL安全等級認(rèn)證。在標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)V型流程中右端進(jìn)行更多驗(yàn)證工作，在進(jìn)入成車試驗(yàn)前即可早期發(fā)現(xiàn)問題并修正錯(cuò)誤，有效降低開發(fā)成本并提高測試效率。
艾克賽普公司是Chroma合作伙伴，如果您對新能源電動汽車測試有需求或任何疑問，歡迎聯(lián)系我們，將提供免費(fèi)樣機(jī)上門試用和更合適的測試解決方案。
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