NI：测试平台是汽车电子设计发展的重要臂助

 

 

　　随着科技的进步，汽车在人们生活中越来越重要，人们对汽车要求也越来越多；无论是汽车的控制性、舒适性、娱乐性还是对联网性能都有了较大的提高。在这种大环境下，汽车电子技术加速发展，功能越来越多，智能化和复杂化程度也越来越高。

 

 

　　美国国家仪器公司（NI）在汽车电子行业浸淫多年，最近我们联系到其中国市场开发部经理付文武，付经理谈了他对汽车电子行业的发展状况的看法，同时介绍了NI在汽车电子测试产品开发方面的一些新计划与技术进展。

 

 

 

 

　　据付经理介绍，NI在汽车车辆行业，从ECU硬件在环到控制器快速原型设计，从车载多媒体测试到混合动力系统开发等应用中，提供包括测量仪器、数据采集、信号调理、机器视觉、运动控制、分布式I/O、工业通讯、仪器控制等多样的软硬件选择。

 

 

　　基于灵活可扩展的模块化构架，NI的平台均可实现软硬件的无缝集成和系统功能升级。目前几乎与所有的汽车电子厂商与供应商均采用NI的平台实现各种测试仿真和设计应用。

 

 

　　例如，现代豪华轿车可能有多达100个发动机控制单元（ECU），相比传统的测试方法，想要测试这些系统的技术、总线和同步变得越来越为困难。测试工程师需要测试策略和平台，满足他们对自动化、汽车专用I/O和灵活性的需求。NI产品提供了一套自动化产品，用来测试常用的汽车音频和视频接口，包括DVI和HDMI等接口和LVDS等自定义需求。这些解决方案结合了高性能基于PXI的模块化仪器，并带有功能强大、易于使用的应用软件。通过在NIPXI平台构架的汽车电子产品性能测试系统，由于具有灵活，可配置，可快速开发等特点，十分适合于汽车电子行业的质量，分析，实验等部门进行产品分析，首件测试，功能实验等用途。

 

 

　　NI公司也提供了数个用于小成本，小体积的HIL测试系统供选择。NICompactRIO是一种低成本的可重配置的控制和采集系统。系统采用由可重配置I/O（RIO）现场可编程门阵列（FPGA）技术组成一个开放的小型嵌入式架构。

 

　　这种技术将实时处理器和用户可编程FPGA结合起来。用户可以使用FPGA创建自定义的I/O特性并且可以把模型执行和信号处理运算从实时处理器下放到FPGA上来提高HIL测试系统的性能。

 

 

　　PXI是一款基于PC的测试，测量和控制的开放平台。它提供广泛的实时处理器选择，包括数个高性能的多核处理器。PXI平台能在很多同步技术下工作，包括通过IRIG-B，IEEE1588，SCRAMNet以及反射内存来在多机箱HIL测试系统中用于共享定时，触发和数据。

 

　　对于硬件在环，NI一直都具有很权威的影响，付经理认为硬件在环HIL仿真可以用于更加有效的测试嵌入式控制系统。当测试嵌入式控制系统时，从安全性，可行性和合理的成本上考虑，使用全系统进行所有必要的测试是不现实的。工程师可以使用HIL仿真来模拟部分系统以面对这些挑战，在将整个系统进行实际测试之前使用户能够在虚拟环境下测试嵌入式控制器件。有了这个功能，即使工程师要测试的系统变得更加复杂，也可以以一种具有成本效益的方式维持可靠性和市场投放。

 

 

　　一个HIL测试系统由三个主要部分组成：一个实时处理器，I/O接口和一个操作界面。实时处理器是HIL测试系统的核心。它提供大多数HIL测试系统的确定执行。要精确地仿真测试系统中物理上并不存在的部分，一个实时系统是非常必要的。I/O接口是与被测部件交互的模拟，数字和总线信号，用它们来产生激励信号，获取用于记录和分析的数据，并提供被测的电子控制单元（ECU）与模型仿真的虚拟环境之间的传感器/执行器交互。操作界面与实时处理器相通，提供测试命令和可视化。在大多数情况下，这个部件也提供配置管理，测试自动化，分析和报告任务。

 

 

　　一旦确定了HIL测试系统的构架，创建一个HIL测试系统首先是选择最能满足要求的实时处理元件。NI公司为执行HIL测试系统提供了广泛的实时处理选择。因为它们都基于开放的工业标准，所以它们能确保用户总能将最新的PC技术进展用在自己的HIL测试系统中，从而始终满足未来测试系统的要求。

 

 

 

 

　　最近国外的高端电动车特斯拉和国内的平民电动车比亚迪都是炙手可热，站在测试的角度，电动汽车和传统汽车在内部电子设备与车身控制设备上的不同给开发和测试也带来了一定的影响。

 

 

　　付经理向OFweek电子工程网编辑介绍，电机是电动汽车的主要动力来源，相应的也为电动汽车控制设备的嵌入式控制系统开发人员和测试工程师带来了新的挑战，速度便是其一。电子驱动引擎控制单元（ECU）控制算法的运行速度必须远快于内部燃烧引擎的动力传达ECU。更快的速度需求使得传统的HIL测试不足以支持测试电机ECU。而电机的仿真必须具备高仿真精度，HIL测试系统则必须在1μs的时间内执行仿真模型，以充分显示电机的实际操作。之前，高精度仿真和高速度运行似乎不可能并存，许多测试工程师不得不因此采用更为昂贵的测功器或现场测试来验证他们的嵌入式软件。

 

 

　　NI与合作伙伴共同开发了用于NIVeriStand的JMAG附加软件模块，该附加软件模块使用由FEA生成的电感与反电动势（EMF）数据，进行电机模型的实时仿真。由于电机结构的不对称性会产生非正弦通量和电流，经典的D-Q模型就不再适用，这时就需要采用FEA技术。混合动力汽车制造商采用了高速电机，这对于优化生产空间和成本来说十分重要。

 

 

　　在FEA仿真中，电机模型极其精确，且具有高精度，可充分体现电机中的非线性。然而，这种高精真的仿真耗时严重，设计工程师们不得不测量电机参数，并在后处理过程中进行数据分析。对于复杂的电机模型，该过程需要花费数个小时。通过NI和合作伙伴的软件工具，可生成高精度模型，再搭配使用NILabVIEW系统设计软件和NIVeriStand软件来配置实时测试应用程序，最终完成验证任务。通过这样的方式，NI满足了电机测试和仿真中的主要需求。现在用户可以以微秒的速度运行FEA电机模型。这些模型可精确地仿真复杂的非线性行为，然后用户就可以将在FPGA中运行的模型连接至其它硬件，以高I/O速率进行完整测试。

 

 

　　在真实系统中测试多种瞬变电流以及故障情况往往很麻烦或难操作，但这一点可通过实时高精度电机仿真实现。在这之前，通过HIL测试以及标准电机D-Q模型来实现许多情况，例如电机终端上或直流和交流总线间的故障仿真，几乎不可能完成。NI的HIL平台可提供最高仿真度的实时仿真，让用户在开发的早期阶段就发现问题并优化性能。全面的HIL测试可减少验证嵌入式软件的现场测试次数，最终缩短产品上市时间，并提高开发效率。

 

 

　　最后，当OFweek电子工程网编辑问及对于和整车厂商或第三方商家的合作，NI有着怎样的要求和优惠时，付经理表示：“NI一直致力于为工程师和科学家提供各种工具来提高效率、加速创新和探索。在汽车电子行业，NI的工具和平台，可以涵盖从原型设计到生产测试的全流程。为了给汽车电子用户提供更加高效的解决方案，NI也一直加强同业内服务商和系统集成商的合作，共同为用户提供针对用户特定需求的一站式解决方案和测试系统，并提供完善的后期支持和服务。我们同样继续欢迎更多的汽车电子行业第三方企业同NI建立合作关系，针对汽车电子行业不断涌现的新测试需求和应用来提供解决方案。NI会为这些合作伙伴提供从市场到技术等多方面的支持，实现互惠共赢。”

 

 

　　同时他还表示，中国已经多年成为全球最大的汽车市场，同时对于国际主要的汽车电子产品供应商来说，中国也都是他们的主要研发生产基地。汽车行业已经成为NI中国的重要客户市场之一。因此，NI对中国的汽车电子行业市场充满信心，会继续针对业内用户的需求，特别是一些最具潜力的应用方向，包括汽车电子产品性能测试、车载娱乐信息系统测试、嵌入式软件性能设计与验证、硬件在环HIL、新能源汽车测试等方向，提供更加完善和最具前沿技术的解决方案。

 

 

 

 

 

 

　　付文武先生目前担任NI中国市场开发部经理，负责带领市场开发团队，针对NI中国区重要行业和应用，包括车辆交通、政府国防、射频无线、能源电力等方向的市场开发、推广与合作等工作。此前，付文武先生曾在NI公司担任应用工程师、区域销售工程师、资深区域销售经理等职务，在测试测量和工业自动化领域拥有多年行业经验。