為了驗證復雜的車輛控制系統(tǒng)，必須對機械部件進行測試，這可能是一個耗時且昂貴的過程。隨著汽車制造商尋求更高效的解決方案，使用機電一體化測試臺架的趨勢越來越大。硬件在環(huán) （HIL） 技術已成為用于開發(fā)和測試機電一體化的工程流程的主要支柱。

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

然而，隨著系統(tǒng)復雜性的增加，代表這些系統(tǒng)的數(shù)學模型也變得越來越復雜。此外，由數(shù)學模型表示的系統(tǒng)動力學計算起來可能非常耗時。

雖然在許多情況下，保真度稍低的模型可能會起作用，但在復雜的安全關鍵系統(tǒng)（例如轉向系統(tǒng)）中，這些模型可能無法滿足工程團隊需要完成的所有開發(fā)任務目標。此外，隨著越來越多的軟件被集成到現(xiàn)代電動助力轉向系統(tǒng)中——特別是高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 和高度自動化的駕駛技術——以支持伺服電機和駕駛輔助功能，這使得這些對安全至關重要的車輛部件變得更加復雜。因此，也增加了測試要求的范圍和深度。

將機械部件與 HIL 技術相結合

為了克服對高度非線性、快速系統(tǒng)動力學建模的困難，工程師可以將許多機械部件與 HIL 技術相結合。這種組合提供了能夠在實驗室環(huán)境的相對安全性中測試所有可能的高風險邊界條件的好處，以及在動態(tài)條件下驗證機械系統(tǒng)性能的能力，而不是通過為生產(chǎn)車輛配備儀器。 在實驗室中使用這樣的系統(tǒng)，可以在完全相同的條件下對各種軟件版本甚至整輛車重復每次測試。

借助這些高動態(tài)機電一體化測試臺，汽車原始設備制造商 （OEM） 可以測試從單個電子控制單元 （ECU） 到整個車輛系統(tǒng)的所有內容，同時將高風險道路測試降至最低。這意味著制造商可以在開發(fā)周期的早期有效地測試和優(yōu)化新系統(tǒng)的行為，更具體地說，可以在車輛集成之前測試控制器和功能軟件——這通常發(fā)生在開發(fā)過程的最后一步。

通過完全模擬 ECU 運行的真實環(huán)境，可以進行早期測試。開放模型用于模擬整個開發(fā)過程，從功能設計到ECU測試，任何部件（即發(fā)動機、車輛動力學、電氣元件、動力傳動系統(tǒng)、交通傳感器等）都可以進行建模和組合，以構建完整的虛擬車輛用于在模擬環(huán)境中進行測試。在測試臺上，這些模型與 HIL 環(huán)境中的真實控制器和真實機械組件結合使用，以運行模擬實驗并觀察組件和系統(tǒng)行為。

在測試臺上模擬電動助力轉向系統(tǒng)

保時捷是最近使用機電一體化測試臺開發(fā)和驗證電動助力轉向系統(tǒng)的 OEM 示例，該測試臺包括 HIL 仿真系統(tǒng)。 ［1］ 為了尋求一種更有效的方式來管理其測試活動，這家跑車制造商認識到機電一體化測試臺對他們來說是一種可行的解決方案，因為它可以輕松準確地擴展和重現(xiàn)測試，從而提高其測試過程的整體效率。

執(zhí)行器被集成到保時捷的測試臺中，以機械地刺激轉向系統(tǒng)，這使得測試系統(tǒng)行為幾乎與測試駕駛真實車輛原型時的行為一樣成為可能。這使保時捷能夠及早測試新功能，以識別重要參數(shù)并評估車輛動態(tài)的極限，而不會有風險。

德國魏斯阿赫開發(fā)中心 hc F. Porsche AG 博士的 Anton Uselmann 表示，通過將部分轉向系統(tǒng)測試帶入實驗室，保時捷得以實現(xiàn)開發(fā)效率。

“因為它是高度動態(tài)的，dSPACE 的機電一體化測試臺對我們來說是一個重要的開發(fā)工具，它完美地集成到要求極高的保時捷轉向系統(tǒng)開發(fā)中，”Uselmann 說。

機電一體化測試臺的常見應用

機電一體化測試臺通常用于測試和開發(fā)功能、自動化軟件發(fā)布、檢查錯誤情況行為、驗證概念、完成機械耐久性測試以及測量被測單元。一些采用 HIL 技術的典型機電一體化測試臺包括：

轉向系統(tǒng)，例如：

電動助力轉向

疊加轉向

受控電動泵（例如，燃油和液壓）

制動助力器

用于車輛動力學控制系統(tǒng)的 3-D 運動平臺

實際泵電機的機械負載

具有集成傳感器和執(zhí)行器的機電一體化 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 ECU

帶有集成轉速和加速度傳感器的電子穩(wěn)定程序 （ESP）

用于測試電動制動助力器的踏板驅動

駕駛模擬器應用中的力反饋控制

測試臺也用于較小的應用，例如座椅控制裝置、風扇、皮帶張緊器和電動油箱蓋。

審核編輯：郭婷