隨著混合動(dòng)力以及純電動(dòng)汽車的不斷發(fā)展,，電機(jī)控制策略的復(fù)雜性和可靠性日益提升。整車廠以及供應(yīng)商對新能源控制器的開發(fā)環(huán)境的需求也在增長,。 恒潤科技提供了新能源汽車控制的整體解決方案,，可讓工程師在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,，完成對整車控制器（HCU）、電池管理單元（BMS）,、電機(jī)控制器（MCU）,、功能的驗(yàn)證?？梢阅M實(shí)車測試中遇到的所有工況范圍,，在實(shí)車試驗(yàn)之前即可對ECU功能進(jìn)行全面測試。 本文將提供針對新能源車輛的HCU,、MCU以及BMS三個(gè)控制器測試的解決方案,。 2. 技術(shù)難點(diǎn) 針對BMS的工作電壓測試、單體電池電壓,、溫度測試,、SOC計(jì)算功能測試、充放電控制測試,、電池?zé)崞胶鉁y試,、高壓安全功能測試、通訊測試,、故障診斷測試等等一系列測試,，OEM面臨著諸多挑戰(zhàn)。 采用真實(shí)的電池組測試BMS有著諸多的弊端： > 極限工況模擬給測試人員帶來安全隱患,，例如過壓,、過流和過溫，有可能導(dǎo)致電池爆炸,。 > SOC估計(jì)算法驗(yàn)證耗時(shí)長,，真實(shí)的電池組充放電試驗(yàn)耗時(shí)一周甚至更長的時(shí)間。 > 模擬特定工況難度大,，例如均衡功能測試時(shí),，制造電池單體間細(xì)微SOC差別，電池?zé)崞胶鉁y試時(shí),，制造單體和電池包間細(xì)微的溫度差別等,。 > 以及其他針對BMS功能測試，如電池組工作電壓,、單體電池電壓,、溫度、SOC計(jì)算功能,、充放電控制,、電池?zé)崞胶狻⒏邏喊踩δ堋⒕夤δ?、通訊,、故障診斷、傳感器等一系列的測試,，OEM都面臨著諸多挑戰(zhàn),。 MCU在研發(fā)過程中涉及被控對象的仿真。而電機(jī)本體的工作原理主要基于電磁感應(yīng)原理,，其各物理量（如磁通量,、感應(yīng)電動(dòng)勢、電磁力等）的交互變化速度遠(yuǎn)大于機(jī)械系統(tǒng)的力與速度的變化,，為了保證較高的仿真精度,，要求模型的仿真步長要遠(yuǎn)小于一般機(jī)械系統(tǒng)模型的仿真步長。 相應(yīng)的,，區(qū)別于汽車上一般的電控系統(tǒng),，MCU的特殊之處也是在于它具有較高的控制頻率和很高的輸入信號頻率。例如,，MCU對逆變器IGBT的PWM控制頻率超過10 kHz,；電機(jī)反饋的電機(jī)位置旋變信號的頻率可達(dá)12 kHz以上。這就要求HIL實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)對MCU控制信號采集和電機(jī)傳感器信號的仿真都要達(dá)到很高的頻率,，一般要求采集頻率達(dá)到信號頻率的1000倍以上,，信號仿真輸出頻率達(dá)到信號頻率的100倍以上。 面對上述挑戰(zhàn),，恒潤科技提供基于TestBase的新能源汽車測試的解決方案,。 3. 解決方案 3.1. BMS解決方案 電池管理系統(tǒng)多采用分布式結(jié)構(gòu)，包括1個(gè)主控單元BMU和若干個(gè)單體檢測單元BCU,，如下圖所示,。 圖3-1 電池管理系統(tǒng)分布式結(jié)構(gòu)圖 相應(yīng)的，電池管理系統(tǒng)的HIL測試也可以分為BMS級測試和BMU級測試,。 BMS級測試中,，BMU和所有BCU都作為測試對象，HIL系統(tǒng)需要為BCU提供每一個(gè)單體的輸出電壓信號以及若干個(gè)溫度信號,。由于BMS級別測試更側(cè)重BMS對電池包本身的管理功能,，例如單體電壓采樣、溫度采樣,、SOC估計(jì),、單體一致性檢測等功能，因而主要用在部件級測試中,。 在BMU級測試中,，BCU采用仿真的形式,，HIL系統(tǒng)只需要通過CAN總線將BCU的相關(guān)報(bào)文發(fā)送給BMU即可，無需在硬件上模擬出單體電壓和溫度信號這種方式可以節(jié)省很大一部分的HIL系統(tǒng)硬件成本,。BMU級測試多用于動(dòng)力系統(tǒng)級或整車級的測試中。 3.2. MCU解決方案 新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)中用到的電機(jī)一般為永磁同步電機(jī),，電機(jī)系統(tǒng)通常由電機(jī)本體,、逆變器和電控單元MCU組成。 針對電機(jī)控制系統(tǒng)的測試一般可分為信號級和功率級,，其區(qū)別主要在于是否將真實(shí)逆變器接入測試系統(tǒng),。 圖3-2 電機(jī)信號級測試原理 圖3-3 電機(jī)功率級測試原理 基于第二章所述的MCU測試的技術(shù)難點(diǎn)，恒潤科技提供了基于高性能FPGA的電機(jī)實(shí)時(shí)仿真方案,。NI 的高性能FPGA板卡PXI 7966R滿足電機(jī)實(shí)時(shí)仿真的所有特性需求,，包括： 1) 40 MHz的PWM采集通道，用于逆變器IGBT控制信號采集,； 2) 2MHz的高速DA輸出通道,，用于旋變信號和三相電流信號仿真； 3) 強(qiáng)大的計(jì)算能力,，在進(jìn)行高速IO信號處理的同時(shí),，滿足電機(jī)模型的實(shí)時(shí)仿真需求，仿真步長可低于2us,。 圖3-4 基于FPGA的電機(jī)仿真解決方案 本方案中MCU HIL測試相關(guān)的配置（除通用的HIL系統(tǒng)軟硬件配置外）包括：
在滿足MCU基本測試需求的同時(shí),，MCU測試解決方案還能夠提供多種被控對象故障的仿真功能，包括： > 能模擬三相主動(dòng)短路和主動(dòng)開路工況下電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)電氣特性 > 能模擬轉(zhuǎn)子永磁體退磁和失磁的特性,。 > 能模擬電機(jī)繞組同相匝間和相間短路及斷路時(shí)的故障特性,。 > 能模擬電機(jī)散熱不良對電機(jī)溫升特性的影響。 > 能模擬各個(gè)傳感器的各類故障（短路,、開路等失效模式） 3.3. HCU解決方案 在HCU的測試解決方案中,，模擬器需要模擬HCU需要的傳感器比如：油門踏板、制動(dòng)踏板等,，同時(shí)采集HCU的輸出信號比如：冷卻風(fēng)扇,、前置離合器等。HCU的復(fù)雜控制功能一般都是通過與BMS,、MCU等相關(guān)控制器節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn),。 4. 總結(jié) 對比采用真實(shí)電池的BMS和真實(shí)電機(jī)的MCU測試,，采用電池、電機(jī)仿真技術(shù)的HIL測試具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)： > 安全,、節(jié)能：避免使用大功率充放電設(shè)備,，避免了測試給試驗(yàn)人員造成的安全隱患； > 方便制造各種BMS,、MCU故障,，從而全面的測試BMS、MCU診斷功能,； > 通過軟硬件配置實(shí)現(xiàn)多種規(guī)格的電池組（單體數(shù),、電壓等級）仿真和電機(jī)仿真； > 可在線快速修改電池狀態(tài),，如SOC,、溫度等，提高測試效率,； > 通過修改模型參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)電池老化,、單體不一致等現(xiàn)象的模擬； > 可模擬整車運(yùn)行環(huán)境,。 查看更多內(nèi)容,，請點(diǎn)擊底部左下方“閱讀原文” 本期為總第503期 --------------------------------------- |
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