概述
随着混合动力以及纯电动汽车的不断发展，汽车电机控制策略的复杂ζ性和可靠性「日益提升。整车厂以及供应商对新能源控制器的开发环境的需求也在日益增加。
恒润科技提出的新能源汽车〖控制的整体解决方案，可让●工程师在实验室环境下，完成对整←车控制器（HCU）、电池管理单ξ元（BMS）、电机控制器（MCU）、功能的验证。还可以模拟实车测试中遇到的所有工况范围，在实车试验ω 之前即可对ECU功能进行全面测试。
本文将提供针对新能源车辆的HCU、MCU以及BMS三个控制器测试的解＠ 决方案。
技术难点
针对BMS的工作电压测试、单体电池电压、温度测试、SOC计算功◇能测试、充放▓电控制测试、电池热平衡ζ 测试、高压安全◣功能测试、通讯测试、故障诊断测试等等一系列测试，OEM面临着◣诸多挑战。
采用真实○的电池组测试BMS有着诸多的弊端：
? 极限工况模拟给测试人员带来安全隐患，例如过压、过流和过◆温，有可能导Ψ致电池爆炸。
? SOC估计算法验证耗时长，真实的电池组充放电试验耗时一周甚至更长的时间。
? 模拟特定工况◇难度大，例如均衡功能测试时，制造电池单体间细微SOC差别，电池热↘平衡测试时，制造单体和电池包间细微的温度差别等。
? 以及其他针对BMS功能测试，如电池组工作电压、单体电池电压、温度、SOC计算功能、充放电控」制、电池热平衡、高压安全功能、均衡功能、通讯、故障诊断、传感器等一系列的测试〇，OEM都¤面临着诸多挑战。
MCU在研发过程中涉及被控对象的仿真。而电机本体的工作原理▅主要基于电磁▲感应原理，其各物理量「（如磁通量、感应电动势、电磁力等）的交互变化速度远大于机械系统的力与速度的变化，为※了保证较高的仿真精度，要求模型的仿真步长要远小于一般机械系统模型的仿真步长。
相应的，区别于汽车上一般的电控系▃统，MCU的特殊之处也是在于它具有较高的控制频率和很高的输入信号频率。例如，MCU对逆变器IGBT的PWM控制频率超过10 kHz；电机反馈的电机位置旋变信号的频率可达12 kHz以上。这就要求HIL实时仿△真系统对▅MCU控制信号采∏集和电机传感器信号的仿真都要达到很高的频率，一般要求采集频率达▲到信号频率的1000倍以上，信号仿真输出ㄨ频率达到信号频率的100倍以上。
面对上述挑战，恒润科→技提出了基于TestBase的新能源汽车测试的々解决方案。
解决方案
? BMS解决方案
电池管理系统多采用╲分布式结构，包括1个主控单元BMU和若干个单体检测单元BCU，如下图所示。
图3-1电池管理系统分布①式结构图
相应的，电池管理系统的HIL测试也可ξ 以分为BMS级测试和BMU级测试。
BMS级测试中，BMU和所有BCU都作为测ξ 试对象，HIL系统需要为BCU提供每一个单体的输出电压信号以及若干Ψ个温度信号。由于BMS级别测试更侧重BMS对电池包本身的管理功【能，例如单体电压采样、温度采样、SOC估计、单体一致性检测等功能，因而主『要用在部件级测试中。
在BMU级测试中，BCU采用仿真的形式→，HIL系统只需要通过CAN总线将BCU的相关◇报文发送给BMU即可，无需在硬件上模拟出单体电压和温度信号这』种方式可以节省很大一部分的HIL系统硬件成本。BMU级测试多用于动力系统级或整车级的测试中。
? MCU解决方案
新能源汽车动力系统中用到的电机一般为○永磁同步电机，电机系统通常由电机本体、逆变器和电控单元MCU组成。
针对电机控制系统的测试一般可︼分为信号级和功率级，其区别主要在于是否将真实逆变器接入测试系统。
图3-2电机信号级测试原︾理
图3-3电机功率级卐测试原理
基于第二章所述的MCU测试的技术难点，恒润科技提供了基于高〓性能FPGA的电机实时仿真方案。NI 的高性能FPGA板卡PXI 7966R满足电机实时仿真的所有特性需求，包括：
? 40 MHz的PWM采集通道，用于逆变器∩IGBT控制信号采集；
? 2MHz的高速DA输出通道，用于旋变信号和三相电流信号仿真；
? 强大的计算能力，在进行高速IO信号处理的同¤时，满足电机◥模型的实时仿真需求，仿真步长可低于2us。
图3-4基于FPGA的电↓机仿真解决方案
本方案中MCU HIL测试相关◢的配置（除通用的HIL系统软硬件配置外）包括：
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型号 |
说明 |
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硬件 |
PXI-7966R |
NI FlexRIO FPGA Module，用于ω电机的仿真 |
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HS9202 |
电机仿真适配模块，含4个高速ADC采集通道（10MSPS），8个高速DAC通道（10MSPS），8个数字输◤入通道，12个数⊙字输出通道。 |
在满足MCU基本测试需求的同时，MCU测试解决方案还能够提供多种被控对象故障的╱仿真功能，包括：
? 能模拟三∮相主动短路和主动开路工况下电机的稳态和瞬态电气特性。
? 能模拟转子永磁体退磁和失磁的特性。
? 能模拟电机绕组同①相匝间和相间短路及断路时△的故障特性。
? 能模拟电机散热不良对电机温升特性的影响。
? 能模拟各个传感器的各类故障（短路、开路等失ㄨ效模式）
HCU解决方案
在HCU的测试解决方案中，模拟器需要模拟HCU需要的传感器卐比如：油门踏板、制动→踏板等，同时采集HCU的输出信号比如：冷却风扇、前置离合器等。HCU的复杂控制功能一般都是通过与BMS、MCU等相关控制器节点的协同工作来实现。
总结
对比№采用真实电池的BMS和真实电机∏的MCU测试，采用电池、电机仿真技术的HIL测试具有如下明显的∏优点：
安全、节能：避免使用大功率充放电设备，避免了测试给试验人员造成的安全隐患；
方便制造各种BMS、MCU故障，从而※全面的测试BMS、MCU诊断功能；
通过软硬件配置实现多种规【格的电池组（单体数、电压等级）仿真和电机仿真；
可在线快速修改电池状态，如SOC、温度等，提高测试效率；
通过修→改模型参数即可实现电池老化、单体不一致等现象的↙模拟；
可模拟整车运行环境。
恒润科技针对新能源车辆的HCU、MCU以及BMS三个控制器测试的解决方案已成功应用到国内众多整车厂中，受到客户们的广泛认可。在未来，恒润科技将紧跟汽车电子行业自主创新发展趋↑势，为民族汽车工业的发展做出应有的贡献。
