NI×迪为：底盘域HIL仿真系统
01 前言
随着汽车互联化、自动化和电气化程度的提高，电子控制单元几乎可以控制所有关键机械结构，底盘控制器的数量和复杂度都在提高，相对应的测试需求也大量增加。
汽车底盘系统对于测试平台的要求日趋严格和复杂，其主要体现在：
● 不同于其他系统，底盘拥有大量机械结构，控制器承担了不少机械模块的控制功能，为了能更全面的覆盖控制器的测试需求和搭建更贴近于实车工况的测试环境，底盘域HIL仿真测试系统需要配置相应的实物台架（转向台架、制动台架、悬架台架），实物台架和车辆模型的数据交互、测试实用性以及整体的体积大小等均需考虑；
● 底盘系统中的制动系统、转向系统和悬架系统的交互关联性越来越高，部分主机厂和Tier 1已经在研发底盘域控控制器，传统的单一控制器HIL测试系统无法满足当下的底盘系统测试需求；
● 随着智驾技术发展，底盘控制器随之产生大量的智驾测试工况，这要求底盘HIL系统能支持智驾测试环境，或者能支持与智驾HIL测试系统的联合调试。
02 解决方案
迪为科技依靠多年的HIL测试经验，可以为OEM和零部件企业提供一套成熟可靠、贴合当下汽车行业测试需求的底盘HIL仿真测试解决方案。
底盘HIL测试系统由上位机、HIL台架、实物台架和被控对象模型组成。
方案特点：
● 采用NI PXI系统结合NI Linux RT的强实时操作系统，实现模型、硬件、总线的交互与仿真；
● HIL测试系统按控制器分类采用模块化设计，在硬件和软件设计中尽量使各个控制器保持相对独立，使之在实际测试中可根据需求切换单一控制器测试或者多控制器联合测试；
● 配置内存反射板卡，支持和其他HIL测试系统进行实时数据交互，可满足后续与智驾、三电和车身等HIL测试系统的联合仿真调试；
● 基于NI FPGA硬件开发的传感器模拟器可实现模拟多种通讯协议的传感器信号，一块FPGA板卡即可实现多路SENT信号、AK信号和PSI5信号等的模拟；
● NI平台兼容性强，支持使用Simulink、Carsim、CarMaker和DYNA4等软件搭建车辆模型，支持TestStand、ECUTEST和Python开发自动化测试案例。
03 方案细节
测试软件使用VeriStand作为试验管理软件，用于配置HIL系统和提供测试操作界面。自动化测试案例开发软件可根据客户需求选用TestStand、ECUTest和Python等。
实时测试系统选用NI的产品，NI的产品线丰富，可根据HIL测试系统复杂性选择合适的实时处理器和机箱，根据控制器IO需求选择IO板卡。针对特殊传感器的信号模拟，则选择可编程FPGA板卡，配合迪为科技开发的算法和信号调理模块，一块FPGA卡可以实现DIO、PWM、SENT、AK和PSI5等信号输出。对于多域多机联调需求，选用128M内存空间、2.215G光纤通讯的反射内存卡在多台HIL台架间创建共享内存空间，实现多机间的实时数据交互。图为某项目硬件清单，可供参考：
针对底盘的三个系统中的特殊传感器，转向系统的角度扭矩传感器SENT信号，制动系统的轮速传感器为AK信号，悬架系统的高度传感器为PSI5信号，迪为科技基于FPGA硬件开发了角度扭矩传感器、轮速传感器和高度传感器的模拟器，且可根据用户需求集成多种传感器、多种模式到同一个模拟器中，满足了多项目切换的测试需求。
传感器模拟器有便携式和适用于HIL机柜的板卡类型，对于集成到HIL测试系统中的传感器模拟器则开发成VeriStand支持的FPGA CD模式，在VeriStand中添加传感器模拟器控制接口，可配合IO模型实现信号仿真和故障注入。
目前，迪为科技相关产品已在耐世特、采埃孚等主流Tier 1产品上得到应用和验证。
针对不同客户的需求，迪为科技可提供信号级HIL测试系统和Powerpack级HIL测试系统。信号级HIL不带执行机构，通过PXI硬件和控制器形成闭环，主要偏重于通讯测试、逻辑算法测试，体积小，成本低，适合零部件供应商。Powerpack级则在信号级的基础上增加了实物台架，包含实车部件、伺服电机、传感器和装配夹具等，更贴近于实车环境，可以验证执行部件的功能，测试覆盖度大幅提高。
以制动系统为例，制动台架主要有四个部分组成、一套液压制动系统（包含主缸、卡钳、制动盘和液压管路）、制动控制器、伺服电机、采集模块。台架可根据客户需求设计成与实车相同布置的模式，也可设计为紧凑型。
迪为科技选择了支持EtherCAT通讯协议的伺服单元和采集模块（NI RT支持EtherCAT通讯），一方面EtherCAT高传输速率保证了实时性，另一方面EtherCAT连接方式简单，多设备通过网线串联最终连接到HIL机柜的只要一根网线即可。制动台架的工作方式为使用伺服电机模拟踏板进行制动，使用传感器采集液压系统中的压力经由采集模块通过EtherCAT将传感器数据传到HIL机柜中的被控对象模型中。
底盘HIL测试系统车辆模型使用Simulink搭建基础模型，结合利用商业化动力学软件（CarSim、CarMaker和DYNA4）提高仿真精度。
NI平台支持多种仿真软件的联合调试，通过项目需求和硬件资源梳理相关的系统信号，在商业模型方面将底盘模型中的部分模块替换为HIL测试系统中的实物台架，在Simulink模型中搭建信号处理模型将实物台架和商业化模型的信号进行处理，最后将两个模型编译导入VeriStand进行信号映射，便可将两个模型串联实现联合调试。
模型的搭建按功能进行模块划分，如输入输出模型、驾驶员模型、虚拟控制器模型、车辆物理模型、实物台架控制器模型等。模块化设计配合模块使能标定量，可以帮助客户快速地实现真实控制器和虚拟控制器间的切换，也可以实现同一车型不同配置的切换，例如低配的单电机车辆模型和高配的双电机车辆模型等。
当前多域联调成为主流趋势，底盘HIL测试系统除了需要满足底盘控制器的测试要求，还需要具备多域多机联调的能力。针对这一需求，可以选择反射内存板卡GE-5565，通过光纤将多台实时系统中的反射内存板卡串联，在VeriStand中创建共享内存空间和共享信号通道，将各个实时系统中需要交互的信号映射到共享信号通道中即可实现实时数据交互。
同时，模块化的硬件设计和模型设计，配合已于解耦的接线方式，可以快速地将多系统的对空对象模型合并为一个完整的车辆模型，将多个域的HIL测试系统整合成为整车级的HIL测试系统。
04 总结
当前汽车行业飞速发展，技术更新迭代快，对于底盘HIL测试系统的需求在时刻变化，迪为科技根据多年的工程经验提供的底盘HIL测试系统解决方案，既可满足底盘单一系统的测试需求，同时通过软硬件的模块化设计和反射内存空间提高其拓展性，满足客户后续技术升级所要求的多域多机联调功能。
本文作者：杭州迪为科技有限公司 余东海
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