电机控制单元HIL测试解决方案

随着混合动力以及纯电动汽车的不断发展，电机控制策略的复杂性和可靠性日益提升。整车厂以及供应商对电机控制器的开发环境的需求也在增长。恒润科技提供了电机控制器测试的整体解决方案，可让工程师在无电机以及测功机系统的环境下，完成对电机控制功能的验证。

电机控制器在研发过程中涉及到控制功能测试、故障注入、CAN通信等, 借助HIL测试技术，可以克服传统测试方法所带来的价格昂贵、维护密集、动态效应有限等缺陷。从而全面提升电机控制器的研发和设计水平。

2、解决方案

恒润科技提供基于TestBase的MCUHIL测试解决方案，该系统方案主要包括以下部分：

• HIL硬件系统：由NI-RT控制器、FlexRIO板卡、电机仿真适配板卡、CAN通讯板卡、电阻仿真卡、车载电源模拟器、故障注入卡和信号调理板卡等组成;

• 模型：电机模型和车辆动力学模型;

• 软件：试验管理软件、故障注入软件、自动测试软件;

• 被测MCU：为拆除IGBT部分功率器件的电机控制板。

如下图所示为MCUHIL测试系统的结构图，该测试系统已成功应用于多个OEM的新能源汽车MCU HIL项目。

图 2-1电机仿真HIL系统结构图

该测试系统具备以下特性：

应用领域

• 电机及IGBT 的模拟;

• 电机控制功能测试(启动，转速，扭矩闭环，发电，弱磁);

• 故障仿真和测试(如LOS/DOS/LOT、缺相、IGBT 短路断路等);

• 各运行工况下的控制器功能确认;

• 整车网络功能测试验证。

功能特点

• 基于FPGA 的高速仿真，模型仿真速度≤2us;

• 高速模拟电机所需的旋变、三相电流、采集电机高频控制信号;

• 详细IGBT 仿真模型，可以模拟IGBT 各种电气故障;

• 支持多种电机类型;

• 支持读入RTT格式电机数据，用户可以定制电机模型;

• 电机模型本身支持基于真实逆变器总成的HIL测试;

• 电机模型参数基于FEA计算，如下图所示;

图2-2 基于JMAG-RT电机FEM计算结果

• 能准确模拟电机参数随电磁场饱和特性的变化情况;

• 能够更加精准仿真电机的电流、电压、扭矩和功率等特性;

• 支持电动模式和发电模式。

3、产品特性及优势

3.1 电机仿真模型原理及特性：

电机仿真模型为有限元模型，基于NI FPGA板卡进行建模。如下图所示为FPGA板卡的接口特性：

图3-1 FPGA板卡接口特性

模型包含：逆变器模型、电机本体模型、机械部分模型和传感器模型。其模型结构下图所示：

图3-2 电机模型结构

有限元电机模型需要用户提供电机的结构参数、材料参数及线圈绕组形式、等电机的特性参数。通过JMAG-RT软件生成rtt文件，最后下载到FPGA板卡上。其下载过程如下图所示：

图3-3 rtt文件下载过程

如下图所示为MCU控制台架上电机与控制HIL仿真的电机的PWM控制信号占空比的对比曲线。工况条件：测功机为转速模式，稳定转速1000rpm，MCU请求扭矩100Nm。

图3-4 MCU控制台架电机与仿真电机占空比曲线

3.2 电机仿真板卡功能及特性

电机仿真板卡的FPGA板卡为NI的FlexRIO板卡，适配卡由恒润客户自主开发，其特性参数如下图所示：

图3-5 电机仿真板卡的适配卡特性参数

MCUHIL测试方案还包含温度信号的仿真以及总线节点仿真等，其硬件参数如下图所示：

图 3 6 电机仿真模块具体参数指标

4、总结

对比采用真实电机的MCU测试，采用电机仿真技术的HIL测试具有如下明显的优点：

• 安全、节能：避免使用大功率设备，避免了测试给试验人员造成的安全隐患;

• 方便制造各种MCU故障，从而全面的测试MCU诊断功能;

• 通过软硬件配置实现多种规格的电机仿真;

• 可模拟整车运行环境。