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电机控制单元HIL测试解决方案

1.概述
        随着混合动力以及纯电动汽车 的不断发展,电机控制策略 的复杂性和可靠性日益提升。整车厂以及供应商对电机控制器 的开发环境 的需求也在增长。lol总决赛下注提供了电机控制器测试 的整体解决方案,可让工程师在无电机以及测功机系统 的环境下,完成对电机控制功能 的验证。
        电机控制器在研发过程中涉及到控制功能测试、故障注入、CAN通信等, 借助HIL测试技术,可以克服传统测试方法所带来 的价格昂贵、维护密集、动态效应有限等缺陷。从而全面提升电机控制器 的研发和设计水平。
2.解决方案
        lol总决赛下注提供基于TestBase 的MCU HIL测试解决方案,该系统方案主要包括以下部分:
• HIL硬件系统:由NI-RT控制器、FlexRIO板卡、电机仿真适配板卡、CAN通讯板卡、电阻仿真卡、车载电源模拟器、故障注入卡和信号调理板卡等组成。
• 模型:电机模型和车辆动力学模型。
• App:试验管理App、故障注入App、自动测试App。
• 被测MCU:为拆除IGBT部分功率器件 的电机控制板。
        如下图所示为MCU HIL测试系统 的结构图,该测试系统已成功应用于多个OEM 的新能源汽车MCU HIL项目。
图 2-1电机仿真HIL系统结构图
        该测试系统具备以下特性:
应用领域
• 电机及IGBT 的模拟
• 电机控制功能测试(启动,转速,扭矩闭环,发电,弱磁)
• 故障仿真和测试(如LOS/DOS/LOT、缺相、IGBT 短路断路等)
• 各运行工况下 的控制器功能确认
• 整车网络功能测试验证
功能特点
• 基于FPGA 的高速仿真,模型仿真速度≤2us
• 高速模拟电机所需 的旋变、三相电流、采集电机高频控制信号
• 详细IGBT 仿真模型,可以模拟IGBT 各种电气故障
• 支撑多种电机类型
• 支撑读入RTT格式电机数据,用户可以定制电机模型;
• 电机模型本身支撑基于真 的姹淦髯艹 的HIL测试;
• 电机模型参数基于FEA计算,如下图所示;
图 2-2基于JMAG-RT 的电机FEM计算结果
• 能准确模拟电机参数随电磁场饱和特性 的变化情况;
• 能够更加精准仿真电机 的电流、电压、扭矩和功率等特性;
• 支撑电动模式和发电模式。
3.产品特性及优势
3.1.电机仿真模型原理及特性:
        电机仿真模型为有限元模型,基于NI FPGA板卡进行建模。如下图所示为FPGA板卡 的接口特性:
      
图3-1 FPGA板卡接口特性
        模型包含:逆变器模型、电机本体模型、机械部分模型和传感器模型。其模型结构下图所示。
图3-2 电机模型结构
        有限元电机模型需要用户提供电机 的结构参数、材料参数及线圈绕组形式、等电机 的特性参数。通过JMAG-RTApp生成rtt文件,最后下载到FPGA板卡上。其下载过程如下图所示:
图 3-3 rtt文件下载过程
        如下图所示为MCU控制台架上电机与控制HIL仿真 的电机 的PWM控制信号占空比 的对比曲线。工况条件:测功机为转速模式,稳定转速1000rpm,MCU请求扭矩100Nm。
图3-4 MCU控制台架电机与仿真电机占空比曲线
3.2.电机仿真板卡功能及特性:
        电机仿真板卡 的FPGA板卡为NI 的FlexRIO板卡,适配卡由lol总决赛下注客户自主开发,其特性参数如下图所示:
图3-5 电机仿真板卡 的适配卡特性参数
        MCU HIL测试方案还包含温度信号 的仿真以及总线节点仿真等,其硬件参数如下图所示:
图3-6电机仿真模块具体参数指标
4.总结
        对比采用真实电机 的MCU测试,采用电机仿真技术 的HIL测试具有如下明显 的优点:
• 安全、节能:避免使用大功率设备,避免了测试给试验人员造成 的安全隐患;
• 方便制造各种MCU故障,从而全面 的测试MCU诊断功能;
• 通过软硬件配置实现多种规格 的电机仿真;
• 可模拟整车运行环境。
 

 

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