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车辆电动化带来的功率级 HIL 测试应用

2024-07-19 17:23:58·  来源：Chroma销售服务中心  
　


一. 测试背景


在车辆电动化的架构发展过程中，除不再使用引擎、油泵等由汽油驱动的配备外，也同时新增了许多以电力转换为基础的部件，包含电池包/电池模块/电池管理系统、马达/马达控制器、交直流/无线充电系统、DC/DC 转换器与制热制冷系统等，这些部件所须执行的功能也从过往单纯的弱电控制，多了强电大功率的行为，也由于汽车电子产品开发周期长、投入测试成本与风险高，如何确保产品开发过程符合功能安全标准一直是车厂与供货商高度关注的议题。为此，Chroma 于近年极积投入并推出 1210 电驱动台架与8610/8620/8630 功率等级的硬件在环测试系统，以协助加速 EV 开发与质量确保。




二. 测试方法


HIL Hardware In the Loop）硬件在环技术是一种用于测试电子控制单元功能、系统集成和通讯的方法，常用于汽车与航空等领域，在车辆部件测试应用上，以模型 模拟与待测物相关连之实车部件，在台架上即可形成 闭 环系统进行前期测试。而在电动车 (EV)高压部件逐渐增加情况下，测试需求也由信号级 HIL慢慢转变为功率级 HIL系统，针对上述重要高压部件进行功率级硬件在环测试，加载车辆 模拟 模型的同时，不仅实现过往所需之功能与信号控制测试，亦将高功率行为验证包含在内，相较传统信号级硬件在环方案，更完整覆盖电动车 (EV)高功率部件测试范围。



三.测试应用 (1) – 电驱动系统


以动力马达系统为例，因应电动车(EV)零部件集成化设计趋势，越来越多整车厂与零部件供货商将马达、马达控制器与减速机构等部件集成为多合一的电力驱动系统，除了提高车内空间使用率及增加车辆续航里程等优点外，也相对地提高产品在测试程序上的复杂度 。 若能在开发前期即使用以负载测功机 、 数据采集器和电池仿真器 …等设备组成的电驱动总成测试系统进行验证，针对电力驱动系统进行整车级别的动力模拟测试，包含最重要的驱动系统效率、堵转扭矩性能、馈电特性、耐久可靠度等试验，将可完善车用动力系统于动态实车工况的测试需求，于实车验证阶段前掌握整体驱动控制性能及搭配成车后续可能的各种实际工况表现，节省大量实车路试与问题排查之成本。




再以成车非常重要的上坡起步情境为例，电动车通常只有一或两个固定的减速比，面对超过 10%坡度的地下道或是车库坡道时，可能无法达到上坡起步的要求， 其中的关键在于如何避免上坡起步时转矩不足导致车辆下滑、或是起步转矩过大导致加速太快引起暴冲等事故发生 ，可透过堵转试验确认电动车 (EV)在起步时有足够的启动转矩，而电力驱动系统的转矩须能在不损坏的前提下稳定持续输出 5 ~ 15秒满足上坡进步条件。


藉由台架试验确保电机驱动器在可供给最大电流情况下进行输出扭矩验证，并可以不同的载重需求进行多次试验，同时依据此测试结果进一步调整电机控制器的起步控制策略，确保电动车辆在各条件下都能满足不同路况包含上坡起步之要求 防止危害事故发生。


四. 测试应用 (2) – 功能安全


虽然电动车产品的稳定度已越来越高，但相关事故新闻却也不时频传，当这些高压控制部件快速发展下，促使功能多元化、安全机制复杂化、传递讯号量增加与控制判断容许错误时间降低，显然一般法规并无法涵盖成车实际运作的复杂行为，故近年来车辆产业大力推广的 ISO 26262道路车辆功能安全规范成为各车厂与供货商实行之方向。在 ISO 26262中针对产品系统与软硬件设计安全要求提出所应遵循之内容， 整车厂及零部件供货商可透过危害分析以及风险评估 (Hazard Analysis and Risk Assessment, 确保产品的功能安全 (Functional Safety)，并于测试验证部分则提到，不论在任何功能安全完整性 (ASIL)等级下，都须进行硬件在环与故障注入试验，以确保安全机制于整车层面上的正确性与失效覆盖率之有效性。ISO 26262所阐述的硬件在环测试，可验证电子控制单元功能、通讯与系统完整性，配合车辆模型运行于控制器闭回 路实时系统中，藉此实现进一步的复杂测试情境，并对各个功能项目订定故障容许错误时间间隔 (Fault Tolerant Time Interval, FTTI)，确保功能失效时可在故障容许错误时间间隔内，有效地检测出故障并且实施保护机制以 进入安全状态 可大幅降低车辆在行驶过程中，因功能失效所产生的危害 。




Chroma功率级 HIL方案协助完善 ISO 26262流程、利于产品取得 ASIL安全等级认证，在标准开发 V型流程中右端进行更多验证工作，在进入成车试验前即可早期发现问题并修正错误，有效降低开发成本并提高测试效率。




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