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Prueba híbrida de avance del vehículo de Subaru con la simulación del Hardware-en--Lazo

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¿? Adoptando la simulación FPGA-basada usando las plataformas del soporte físico y de programación del NI, alcanzamos la fidelidad de la velocidad y del modelo de la simulación requerida para la verificación de un motor eléctrico el ECU.

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¿Redujimos tiempo de la prueba a 1/20 de la época estimada para la prueba equivalente en un dinamómetro.?? Sr. Tomohiro Morita, FUJI Heavy Industries, Ltd.

El desafío:

¿Usando la prueba automatizada desarrollar un nuevo sistema de la verificación que satisface el nivel de calidad del control requirió para la unidad de control electrónica del motor (el ECU) en Subaru? vehículo híbrido modelo de la producción de s primer, híbrido de Subaru XV Crosstrek, y crear las condiciones de prueba vigorosas que son difíciles de alcanzar usando las máquinas verdaderas.

La solución:

Construyendo un sistema de la verificación con la plataforma del NI FlexRIO que hace la ejecución automática de todos los patrones de prueba posible y repliega los ambientes de prueba más severos para asegurar el del más alto nivel de la seguridad al usuario, mientras que obtiene la tarifa requerida del control y hace frente a cronologías críticas.

Hoy, los automóviles se equipan de un número enorme de los ECUs para manejar funcionalidad y controles avanzados ampliados en el vehículo. En un vehículo híbrido, el motor el ECU desempeña un papel aún más complicado como maneja la interacción entre el motor convencional y el motor eléctrico, junto con sus sistemas eléctricos.

¿Fuji Heavy Industries, sociedad matriz de Subaru, precisada para desarrollar su primer vehículo híbrido? el híbrido de Subaru XV Crosstrek. Ésta era nuestra tentativa preliminar de entregar un vehículo híbrido del modelo de la producción que apuntaba mercados japoneses y norteamericanos domésticos.

Nuestros ingenieros habían desarrollado un motor el ECU para un prototipo híbrido anterior, pero el componente no cumplió los requisitos rigurosos de llevar un vehículo el mercado. Para el vehículo del modelo de la producción, el ECU necesitó varias funcionalidades del control prevenir daño al cuerpo del vehículo y asegurar seguridad del conductor y del pasajero bajo varias condiciones de funcionamiento, incluso los panoramas que serían imposibles o imprácticos de probar en el hardware físico.

Por ejemplo, bajo condiciones de conducción heladas, una rueda puede experimentar una pérdida repentina de tracción. Durante la aceleración esto puede causar un aumento espectacular en velocidad del motor y necesidades de ser dirigido con seguridad. Sin embargo, este comportamiento de la seguridad no se puede reproducir físicamente en un dinamómetro y es desperdiciador de tiempo y difícil de reproducirse en una pista de la prueba.

Puesto que los algoritmos de control complejos para la seguridad específica condicionan como esta necesidad de ser convertido y de ser verificado, la prueba necesitó explicar condiciones de funcionamiento periféricas para satisfacer el nivel de calidad requerido para un vehículo del modelo de la producción.

Un nuevo acercamiento

Nuestros ingenieros conectaron el ECU con una simulación en tiempo real del motor eléctrico para probar y para verificar una variedad de condiciones, incluyendo los afloramientos extremos que pueden romper de otra manera el sistema en la prueba mecánica tradicional. Desarrollaron un mecanismo para confirmar suficientemente este acercamiento de la simulación de software con tres metas fundamentales para la prueba acertada:

¿? Verifique la funcionalidad del ECU en varias condiciones, incluyendo los ambientes extremos creados o replegados no fácilmente

¿? Trace los casos de prueba a los requisitos de asegurar cobertura completa de la prueba

¿? Realice las pruebas de la regresión fácilmente para validar rápidamente iteraciones del diseño

Para alcanzar estas metas, nuestro equipo de la ingeniería utilizó un acercamiento del V-diagrama para poner en marcha el proceso del diseño y de verificación. El diagrama describe una metodología puesta en fase para el diseño de software y la validación encajados del despliegue, incluyendo puntos de prueba en cada etapa.

En los pasos múltiples del proceso de diseño, el equipo necesitó el sistema del hardware-en--lazo (HIL) verificar el motor el ECU contra una simulación en tiempo real del motor que representó exactamente el motor real del vehículo. Además, usando el sistema de HIL, nuestros ingenieros podrían cumplir requisitos de la rastreabilidad registrando resultados de la prueba automáticamente y automatizando pruebas de la regresión cuando un cambio del ECU fue realizado.

Éxito del sistema

El nuevo sistema de la verificación construido consiste en un motor verdadero el ECU y el sistema de HIL que simula operaciones del motor. El sistema de HIL puede representar cualquier condición de funcionamiento del motor fijando parámetros físicos tales como inductancias o resistencias. Puede también fijar los parámetros de la electrónica de energía, incluyendo condiciones de avería o panoramas de la prueba tales como combinaciones de carga apriete y deseó la velocidad giratoria.

Simplemente cambiando un parámetro en el medio de la prueba, el sistema de HIL puede simular fácilmente panoramas complejos de la prueba como la pérdida anterior de ejemplo de la tracción o aún una avería de la electrónica de energía en el inversor que destruiría el hardware físico. Cuando el operador pide un patrón de prueba, el sistema de HIL responde la manera que un motor verdadero, y la respuesta de sistema total se puede entonces hacer una remisión con expectativas para validar que el regulador maneja con seguridad el caso de prueba.

Porque el funcionamiento de cómputo requerido para este proceso era tan alto, sentíamos que los instrumentos nacionales eran el único surtidor que podría cumplir estos requisitos. Elegimos el hardware de sistema de la base basado en los módulos del NI FlexRIO FPGA, que son reguladores PXI-basados con las virutas de FPGA. Los módulos ejecutaron un modelo que representaba la operación simulada de los motores, con todos los programas desplegados usando software del diseño de sistema del NI LabVIEW.

Creamos el panorama de la prueba para la ejecución secuencial de cada patrón de prueba como hoja de balance de Excel. Fijamos la época para el paso de ejecución a 1 ms y describimos las condiciones de prueba, incluyendo el esfuerzo de torsión y la velocidad giratoria, cronológicamente en la hoja de balance de Excel. Según estas condiciones, el motor el ECU funciona y envía señales, tales como una señal de la modulación de la anchura de impulso, al sistema de HIL.

El sistema de HIL recibe estas señales después simula la operación de un motor verdadero. Más específicamente, se realiza el proceso de cómputo y el resultado es una salida a la misma velocidad que el motor verdadero. Las señales resultantes que representan el esfuerzo de torsión y la corriente trifásica se vuelven al motor el ECU.

Para cada panorama de la prueba, el equipo preparó resultados de Excel de la hoja de balance de una prueba de la información por adelantado, el ahorro esfuerzo de torsión simulado y valores actuales trifásicos en los pasos de 1 vez del ms. Los valores obtenidos de la prueba de HIL fueron escritos secuencialmente en la hoja de balance de Excel y comparados con los valores previstos correspondientes para determinar el resultado de la prueba.

Automatizamos el proceso de verificación usando LabVIEW para leer y para ejecutar las hojas de balance de Excel para los panoramas de la prueba, con los resultados obtenidos escritos automáticamente a la hoja de balance de Excel para el informe de prueba. El equipo utilizó Visual Basic para los usos en Excel para este proceso.

Ventajas de elegir la plataforma del NI

En el sistema de HIL, la tarifa del lazo de la simulación, equivalente de la resolución temporal en la simulación, era un factor crítico. Para el motor el ECU, la tarifa del lazo necesitó ser 1.2 µs o menos para que el simulador trabaje. La mayoría de las plataformas de la simulación de otros surtidores utilizan las CPU para el cómputo, dando por resultado una tarifa del lazo en la gama de 5 µs a 50 µs.

El NI FlexRIO utilizó el FPGA para que el control y los propósitos de cómputo cumplan los requisitos de proceso, que también proporcionaron una ventaja significativa en términos de funcionamiento de proceso de cómputo. La capacidad de lograr la tarifa requerida de la simulación en 1.2 µs era el factor decisivo para adoptar la plataforma del NI FlexRIO para este sistema.

¿Además, porque el NI FlexRIO tiene una memoria de acceso aleatorio dinámica de gran capacidad, incorporada, podríamos utilizar el modelo de JMAG-RT proporcionado por JSOL Corp.? cadena de la herramienta de software de s JMAG. Esto permitió representar las características altamente no lineares más cercano al motor verdadero.

Por otra parte, nuestros ingenieros podrían programar el FPGA en el dispositivo del NI FlexRIO gráficamente con el módulo del NI LabVIEW FPGA, que permitió desarrollar un sistema con tecnología de FPGA en un marco del breve periodo de tiempo sin usar una lengua basada texto tal como un idioma descriptivo de hardware.

Todos los patrones de prueba desarrollados se pueden funcionar con automáticamente sobre solamente 118 horas. La ejecución de todas las pruebas tardaría manualmente 2.300 horas estimadas. La prueba automatizada también atenúa el riesgo y el tiempo adicional asociados a los errores humanos que pueden ocurrir con la prueba manual.

El sistema de HIL entregó las ventajas time-saving adicionales que incluyeron una reducción significativa en el número de procedimientos de la disposición, tales como preparación de un banco del motor y de un vehículo de la prueba, y quitó la necesidad de personales de prueba de ser calificado para manejar el equipo de alto voltaje.