為了驗(yàn)證復(fù)雜的車輛控制系統(tǒng)，必須對(duì)機(jī)械部件進(jìn)行測(cè)試，這可能是一個(gè)耗時(shí)且昂貴的過(guò)程。隨著汽車制造商尋求更高效的解決方案，使用機(jī)電一體化測(cè)試臺(tái)架的趨勢(shì)越來(lái)越大。硬件在環(huán) （HIL） 技術(shù)已成為用于開發(fā)和測(cè)試機(jī)電一體化的工程流程的主要支柱。

為了測(cè)試機(jī)電一體化，工程師通常會(huì)開發(fā)代表正在開發(fā)的系統(tǒng)的機(jī)械組件的數(shù)學(xué)模型。這是非常具有成本效益的，并且可以在機(jī)械系統(tǒng)或車輛可用之前顯著實(shí)施。

然而，隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，代表這些系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型也變得越來(lái)越復(fù)雜。此外，由數(shù)學(xué)模型表示的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算起來(lái)可能非常耗時(shí)。

雖然在許多情況下，保真度稍低的模型可能會(huì)起作用，但在復(fù)雜的安全關(guān)鍵系統(tǒng)（例如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）中，這些模型可能無(wú)法滿足工程團(tuán)隊(duì)需要完成的所有開發(fā)任務(wù)目標(biāo)。此外，隨著越來(lái)越多的軟件被集成到現(xiàn)代電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中——特別是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 和高度自動(dòng)化的駕駛技術(shù)——以支持伺服電機(jī)和駕駛輔助功能，這使得這些對(duì)安全至關(guān)重要的車輛部件變得更加復(fù)雜。因此，也增加了測(cè)試要求的范圍和深度。

將機(jī)械部件與 HIL 技術(shù)相結(jié)合

為了克服對(duì)高度非線性、快速系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的困難，工程師可以將許多機(jī)械部件與 HIL 技術(shù)相結(jié)合。這種組合提供了能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的相對(duì)安全性中測(cè)試所有可能的高風(fēng)險(xiǎn)邊界條件的好處，以及在動(dòng)態(tài)條件下驗(yàn)證機(jī)械系統(tǒng)性能的能力，而不是通過(guò)為生產(chǎn)車輛配備儀器。 在實(shí)驗(yàn)室中使用這樣的系統(tǒng)，可以在完全相同的條件下對(duì)各種軟件版本甚至整輛車重復(fù)每次測(cè)試。

借助這些高動(dòng)態(tài)機(jī)電一體化測(cè)試臺(tái)，汽車原始設(shè)備制造商 （OEM） 可以測(cè)試從單個(gè)電子控制單元 （ECU） 到整個(gè)車輛系統(tǒng)的所有內(nèi)容，同時(shí)將高風(fēng)險(xiǎn)道路測(cè)試降至最低。這意味著制造商可以在開發(fā)周期的早期有效地測(cè)試和優(yōu)化新系統(tǒng)的行為，更具體地說(shuō)，可以在車輛集成之前測(cè)試控制器和功能軟件——這通常發(fā)生在開發(fā)過(guò)程的最后一步。

通過(guò)完全模擬 ECU 運(yùn)行的真實(shí)環(huán)境，可以進(jìn)行早期測(cè)試。開放模型用于模擬整個(gè)開發(fā)過(guò)程，從功能設(shè)計(jì)到ECU測(cè)試，任何部件（即發(fā)動(dòng)機(jī)、車輛動(dòng)力學(xué)、電氣元件、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、交通傳感器等）都可以進(jìn)行建模和組合，以構(gòu)建完整的虛擬車輛用于在模擬環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試臺(tái)上，這些模型與 HIL 環(huán)境中的真實(shí)控制器和真實(shí)機(jī)械組件結(jié)合使用，以運(yùn)行模擬實(shí)驗(yàn)并觀察組件和系統(tǒng)行為。

在測(cè)試臺(tái)上模擬電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

保時(shí)捷是最近使用機(jī)電一體化測(cè)試臺(tái)開發(fā)和驗(yàn)證電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 OEM 示例，該測(cè)試臺(tái)包括 HIL 仿真系統(tǒng)。 ［1］ 為了尋求一種更有效的方式來(lái)管理其測(cè)試活動(dòng)，這家跑車制造商認(rèn)識(shí)到機(jī)電一體化測(cè)試臺(tái)對(duì)他們來(lái)說(shuō)是一種可行的解決方案，因?yàn)樗梢暂p松準(zhǔn)確地?cái)U(kuò)展和重現(xiàn)測(cè)試，從而提高其測(cè)試過(guò)程的整體效率。

執(zhí)行器被集成到保時(shí)捷的測(cè)試臺(tái)中，以機(jī)械地刺激轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這使得測(cè)試系統(tǒng)行為幾乎與測(cè)試駕駛真實(shí)車輛原型時(shí)的行為一樣成為可能。這使保時(shí)捷能夠及早測(cè)試新功能，以識(shí)別重要參數(shù)并評(píng)估車輛動(dòng)態(tài)的極限，而不會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。

德國(guó)魏斯阿赫開發(fā)中心 hc F. Porsche AG 博士的 Anton Uselmann 表示，通過(guò)將部分轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測(cè)試帶入實(shí)驗(yàn)室，保時(shí)捷得以實(shí)現(xiàn)開發(fā)效率。

“因?yàn)樗歉叨葎?dòng)態(tài)的，dSPACE 的機(jī)電一體化測(cè)試臺(tái)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的開發(fā)工具，它完美地集成到要求極高的保時(shí)捷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)中，”Uselmann 說(shuō)。

機(jī)電一體化測(cè)試臺(tái)的常見(jiàn)應(yīng)用

機(jī)電一體化測(cè)試臺(tái)通常用于測(cè)試和開發(fā)功能、自動(dòng)化軟件發(fā)布、檢查錯(cuò)誤情況行為、驗(yàn)證概念、完成機(jī)械耐久性測(cè)試以及測(cè)量被測(cè)單元。一些采用 HIL 技術(shù)的典型機(jī)電一體化測(cè)試臺(tái)包括：

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，例如：

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向

疊加轉(zhuǎn)向

受控電動(dòng)泵（例如，燃油和液壓）

制動(dòng)助力器

用于車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)的 3-D 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

實(shí)際泵電機(jī)的機(jī)械負(fù)載

具有集成傳感器和執(zhí)行器的機(jī)電一體化 ECU，例如：

帶集成速度傳感器的齒輪控制單元

帶有集成傾角傳感器的駐車制動(dòng) ECU

帶有集成轉(zhuǎn)速和加速度傳感器的電子穩(wěn)定程序 （ESP）

用于測(cè)試電動(dòng)制動(dòng)助力器的踏板驅(qū)動(dòng)

駕駛模擬器應(yīng)用中的力反饋控制

測(cè)試臺(tái)也用于較小的應(yīng)用，例如座椅控制裝置、風(fēng)扇、皮帶張緊器和電動(dòng)油箱蓋。

審核編輯：郭婷