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Voranbringende Subaru hybride Träger-Prüfung durch Hardware-in-d-Schleife Simulation

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? Indem wir FPGA-gegründete Simulation unter Verwendung der Ni-Hardware- und Software-Plattformen annahmen, erzielten wir die Simulationsgeschwindigkeits- und -modelltreue, die für Überprüfung eines Elektromotors ECU erfordert wurde.

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Wir verringerten Testzeit bis 1/20 der geschätzten Zeit für gleichwertige Prüfung auf einem Dynamometer.?? Herr Tomohiro Morita, FUJI Heavy Industries, Ltd.

Die Herausforderung:

Unter Verwendung der automatisierten Prüfung, ein neues Überprüfungssystem erforderte zu entwickeln, das das Steuerqualitätsniveau zufriedenstellt, für die Bewegungselektronische Steuereinheit (ECU) in Subaru? vorbildlicher hybrider Träger Produktion der s-erstes, Subaru XV Crosstrek Mischling und Schaffung der fleißigen Testbedingungen, die schwierig, unter Verwendung der realen Maschinen zu erzielen sind.

Die Lösung:

Ein Überprüfungssystem mit der Plattform Ni-FlexRIO errichten, die automatische Durchführung von allen Testmustern ermöglicht und die strengste Prüfungsumwelt wiederholt, um das höchste Niveau der Sicherheit sicherzustellen dem Benutzer, beim Erhalt der erforderlichen Steuerrate und Treffen der kritischen Zeitachsen.

Heute werden Automobile mit einer enormen Anzahl von ECU ausgerüstet, um erweiterte Funktionalität und vorgerückte Kontrollen im Träger zu handhaben. In einem hybriden Träger spielt der Motor ECU eine sogar schwierige Rolle, während er die Interaktion zwischen der herkömmlichen Maschine und dem Elektromotor handhabt, zusammen mit seinen Stromnetzen.

Fuji Heavy Industries, Muttergesellschaft von Subaru, dargelegt, um seinen ersten hybriden Träger zu entwickeln? der Subaru XV Crosstrek Mischling. Dieses war unser einleitender Versuch, einen hybriden Träger des Produktionsmodells zu liefern, der japanische und nordamerikanische Inlandmärktemärkte zielt.

Unsere Ingenieure hatten einen Motor ECU für einen früheren hybriden Prototyp entwickelt, aber der Bestandteil genügte nicht den rigorosen Anforderungen, einen Träger zum Markt zu nehmen. Für den Produktionsmodellträger benötigte der ECU verschiedene Steuerfunktionalitäten, Schaden des Trägerkörpers zu verhindern und Fahrer- und Passagiersicherheit unter verschiedenen Betriebsbedingungen, sogar Drehbücher sicherzustellen, die unmöglich oder unpraktisch, auf körperlicher Hardware zu prüfen sein würden.

Z.B. unter eisigen Ansteuerbedingungen, kann ein Rad einen plötzlichen Verlust von Zugkraft erfahren. Während der Beschleunigung kann dieses eine dramatische Zunahme in Motordrehzahl und Notwendigkeiten verursachen, sicher behandelt zu werden. Jedoch kann dieses Sicherheitsverhalten nicht auf einem Dynamometer physikalisch reproduziert werden und ist Zeit raubend und schwierig, auf einer Testschiene zu reproduzieren.

Da komplizierte Steueralgorithmen zur spezifischen Sicherheit wie diese Notwendigkeit sich zu entwickeln und überprüft zu werden bedingt, musste die Prüfung nebensächliche Betriebsbedingungen erklären, um das Qualitätsniveau zufriedenzustellen, das für einen Produktionsmodellträger erfordert wurde.

Ein neues Konzept

Unsere Ingenieure schlossen den ECU an eine Realzeitelektromotorsimulation an, um eine Vielzahl von Bedingungen, einschließlich die extremen Außenseiter zu prüfen und zu überprüfen, die das System in der traditionellen mechanischen Prüfung anders brechen können. Sie entwickelten einen Mechanismus, um diese Software-Simulationsannäherung mit drei Primärzielen für erfolgreiche Prüfung genug zu bestätigen:

? Überprüfen Sie ECU-Funktionalität in den verschiedenen Bedingungen, einschließlich die extreme Umwelt nicht leicht verursacht oder wiederholt

? Bilden Sie Musterbeispiele zu den Anforderungen, komplette Testabdeckung sicherzustellen ab

? Führen Sie Rückbildungtests leicht durch, um Entwurfswiederholungen schnell zu validieren

Um diese Ziele zu erzielen, verwendete unsere Technikmannschaft eine V-Diagramm Annäherung um den Entwurfs- und Überprüfungsprozeß zu starten. Das Diagramm beschreibt eine phasenweise Methodenlehre für eingebetteten Software-Entwurf und Entwicklunggültigkeitserklärung, einschließlich Prüfpunkte in jedem Stadium.

In den mehrfachen Schritten des Entwurfsprozesses, benötigte die Mannschaft das Hardware-in-dschleife (HIL) System, den Motor ECU gegen eine Realzeitbewegungssimulation zu überprüfen, die genau den tatsächlichen Trägermotor darstellte. Zusätzlich unter Verwendung des HIL Systems, konnten unsere Ingenieure Nachweisbarkeitanforderungen genügen, indem sie automatisch Testergebnisse notierten und Rückbildungtests automatisierten, als eine ECU-Änderung vorgenommen wurde.

Systems-Erfolg

Das neue errichtete Überprüfungssystem besteht einem realen Motor ECU und aus dem HIL System, das Bewegungsbetriebe simuliert. Das HIL System kann jede mögliche Betriebsbedingung des Motors darstellen, indem es körperliche Parameter wie Induktanzen oder Widerstände einstellt. Es kann Parameter der Energienelektronik auch einstellen, einschließlich Störungszustände oder Testdrehbücher wie Kombinationen der Last drehen Sie und wünschte drehende Geschwindigkeit.

Indem es einfach einen Parameter mitten in dem Test ändert, kann das HIL System komplizierte Testdrehbücher wie der vorhergehende Verlust des Zugkraftbeispiels oder sogar eine Energienelektronikstörung im Inverter leicht simulieren, der körperliche Hardware zerstören würde. Wenn der Operator um ein Testmuster bittet, reagiert das HIL System die Weise, die ein realer Motor wurde, und die Gesamtsystemantwort kann mit Erwartungen dann verwiesen werden, um zu validieren, dass der Steuerpult sicher den Testfall behandelt.

Weil die Computerleistung, die für diesen Prozess erfordert wurde, so hoch war, glaubten wir, dass nationale Instrumente der einzige Lieferant waren, der diesen Anforderungen genügen könnte. Wir wählten die Kernsystems-Hardware, die auf Modulen Ni-FlexRIO FPGA basierte, die PXI-gegründete Steuerpulte mit FPGA Spänen sind. Die Module führten ein Modell durch, das den simulierten Betrieb der Motoren, mit allen entfalteten Programmen unter Verwendung Systemsentwurfs-Software der Ni-LabVIEW darstellt.

Wir verursachten das Testdrehbuch für aufeinander folgende Durchführung jedes Testmusters als Excel-Verteilungsbogen. Wir stellten die Zeit für Durchführungsschritt auf 1 Frau ein und beschrieben die Testbedingungen, einschließlich Drehkraft und drehende Geschwindigkeit, chronologisch im Excel-Verteilungsbogen. Entsprechend diesen Bedingungen lässt der Motor ECU laufen und sendet Signale, wie ein Impulsbreitenmodulationssignal, zum HIL System aus.

Das HIL System empfängt, diese Signale dann simuliert Betrieb eines realen Motors. Spezifischer, wird der Computerprozeß durchgeführt und das Resultat ist ein Ausgang mit der gleichen Geschwindigkeit wie der reale Motor. Die resultierenden Signale, welche die Drehkraft und den triphase Strom darstellen, werden zum Motor ECU zurückgebracht.

Für jedes Testdrehbuch bereitete die Mannschaft Excel-Verteilungsbogenberichts-Testergebnisse im Voraus, Einsparung simulierte Drehkraft und triphase gegenwärtige Werte bei den Schritten mit 1 Fraumal vor. Die Werte, die vom HIL Test erhalten wurden, wurden der Reihe nach in den Excel-Verteilungsbogen geschrieben und verglichen mit den entsprechenden erwarteten Werten, um das Testergebnis festzustellen.

Wir automatisierten den Überprüfungsprozeß unter Verwendung LabVIEW, um die Excel-Verteilungsbögen für die Testdrehbücher zu lesen und durchzuführen, wenn die erzielten Resultate automatisch zum Excel-Verteilungsbogen geschrieben sind, für den Prüfbericht. Die Mannschaft benutzte Visual Basic für Anwendungen in Excel für diesen Prozess.

Nutzen des Wählens der Ni-Plattform

Im HIL System war die Simulationsschleifenrate, Äquivalent der zeitlichen Entschließung in der Simulation, ein kritischer Faktor. Für den Motor ECU, musste die Schleifenrate sein 1.2 µs oder kleiner, damit der Simulator arbeitet. Die meisten Simulationsplattformen von anderen Lieferanten benutzen CPUs für Berechnung, mit dem Ergebnis einer Schleifenrate in der Strecke 5 µs bis 50 µs.

Ni FlexRIO verwendete das FPGA, damit Steuerung und Computerzwecke den verarbeitenanforderungen genügen, die auch einen bedeutenden Vorteil in Computerverarbeitenleistung ausgedrückt zur Verfügung stellten. Die Fähigkeit, die erforderliche Simulationsrate bei 1.2 µs zu erreichen war der entscheidende Faktor für die Annahme der Plattform Ni-FlexRIO für dieses System.

Zusätzlich weil das Ni FlexRIO einen Hochleistungs-, eingebauten dynamischen Direktzugriffsspeicher hat, könnten wir das JMAG-RT Modell benutzen, das von JSOL Corp. bereitgestellt wurde? Toolkette s-JMAG. Dieses machte es möglich, die in hohem Grade nicht linearen Eigenschaften näeher an dem realen Motor darzustellen.

Außerdem konnten unsere Ingenieure das FPGA auf der Vorrichtung Ni-FlexRIO mit dem Modul Ni-LabVIEW FPGA grafisch programmieren, das es möglich, ein System mit FPGA Technologie in einem Rahmen der kurzen Zeit zu entwickeln machte, ohne eine Text gegründete Sprache wie eine Hardware-Beschreibungssprache zu verwenden.

Alle entwickelten Testmuster können in nur 118 Stunden automatisch gelaufen werden. Die Ausführung aller Tests manuell würde geschätzten 2.300 Stunden nehmen. Automatisierte Prüfung schwächt auch das Risiko und die zusätzliche Zeit ab, die mit menschlichen Versagen verbunden sind, die mit manueller Prüfung auftreten können.

Das HIL System lieferte zusätzliche Zeit sparende Vorteile, die eine bedeutende Verkleinerung in der Zahl Einstellungsverfahren, wie Vorbereiten einer Bewegungsbank und des Testträgers umfaßten, und er entfernte die Notwendigkeit an den Prüfpersonal qualifiziert zu werden, um Hochspannungsausrüstung zu behandeln.