换挡必须做到安全,而且要尽可能快。如何确保在几微秒内顺利完成这一切?这是仿真器的任务,它可以进行24小时高速测试,在开发过程中节省大量时间。

为提高燃油效率、减少环境有害物质的使用,爱信正逐步转向电气化。为提高换挡效率,该公司开发了一个集成机电线控换挡系统,其中包括执行器(在本例中是电机)、减速齿轮、控制单元和传感器。有了线控换挡系统,就可以通过电子控制装置切换汽车的变速器模式,变速杆和变速器之间无需机械连接。这样就减轻了重量、节省了空间,齿轮换挡速度也明显加快。随着车辆自动化技术不断进步,线控技术已经不可或缺。爱信理想的线控换挡系统是以快速精准换挡实现了功能价值,以机电一体化实现了安全价值。

爱信底盘和车辆安全系统公司总经理Atsuto Ogino解释道,“我们希望在开发过程中尽早测试新技术,这样后续步骤就可以少花些时间。我们面临的一大挑战是间隔几微秒将故障输入线控系统,以便全面测试执行器或电机控制系统的安全关键部件。由于这项工作的复杂性和精确性,那几天我们彻夜难眠。”

软件优先,开发更精确、更快速

软件不仅在车辆中越来越重要,在控制系统开发领域也是如此。有一种“软件优先”方法,将软件与硬件分开,优先考虑软件开发。通过反复评估和改进传统模型进行开发,开发过程不按计划进行往往会带来问题,这些正逐渐成为过去式。当前的重点是确保开发中及时纳入在虚拟环境仿真获得的信息。根据这些经验,可以更精确、更快速地实现真正的产品。

开发过程可以通过仿真提前制定,不一定要对规范进行调试。也可以根据仿真结果进行设计评审,消除不明确的规范。这项工作的基础是持续改进测试环境和工具。经过这些改进,就可以在虚拟环境中使用模型来评估软件,而不是在实车和实机中进行。

在线控换挡系统中,如果操作由于故障而中断,疏散性能会受到很大影响。因此,作为故障安全概念,安全执行操作必不可少。同时,本质安全这一概念要求减少零部件数量。于是,爱信开发了一款高度可靠的线控换挡执行器,将集成式、独立的冗余电气/电子(E/E)系统作为集成机电执行器,同时减少零部件数量,提高了疏散驱动性能。

凭借HIL模拟,全面、可重复地排除故障

爱信认为,HIL仿真适用于验证线控换挡系统,因为该系统是一款集成式机电产品。HIL仿真方便在开发过程中验证产品,无需集成式机电原型。

此外,硬件在环(HIL)仿真可用来注入在实车中难以注入和再现的故障。而且,在数据库中管理测试模式可以确保可复用性,随后可以将这些模式用于测试台架和实车评估。

Ogino先生解释道,“HIL开发在爱信发挥着重要作用HIL开发结合了控件、电路、电机和齿轮。这样,我们就能在通信级、信号级、电气级和机械级仿真中灵活响应。在开发的初期阶段,我们使用机电设计软件工具,在机械设计的基础上创建了详细电机模型:JMAG Designer。除了材料性能,还在该模型中精确定义了定子、转子和永磁体的几何特性。我们利用规定的网点,在数天内进行了有限元数值仿真(FEM),结果以往返时间(RTT)文件的形式保存。利用这些结果,我们在制造真正的电机之前,就通过模型在环(MIL)或HIL仿真完成了控制器设计。”

Ogino先生补充道,“新冠疫情期间,测试工程师很难到现场进行所有测试。在爱信,居家办公也可以连接dSPACE HIL系统。为此,测试工程师将测试数据加载到云中。公司的一台PC检索这些数据,与dSPACE解决方案一起运行测试,再将测试报告发送回云端,非常顺利。”

数据输入和评估间隔几微秒

dSPACE HIL系统为工程师解决电机控制系统安全关键零部件各种速度、尺寸和范围的故障注入和评估问题开辟了新的途径。Ogino先生谈到,“由于我们采用的SCALEXIO实时系统配备非常快速的现场可编程门阵列(FPGA)板卡,我们可以使用灵活的dSPACE XSG Electric Components library和JMAG Addon-Lib,仿真高度精确(基于FEM)、快速、低延迟的电动机模型。我们还可以在这个系统上评估全天候扫描测试。

所开发的新型线控换挡系统用于该电机。

故障通常是定期注入,但在某些情况下,故障只在213 ms至223 ms之间这10 ms的测试间隔内发生。这是我们需要面对的主要挑战。为了应对这一挑战,我们在µs到ns范围内精确的预定义位置注入选定故障。我们就这些故障,对控制系统进行了全面测试和评估。多亏了dSPACE HIL系统,这个环节没有出现任何问题。我们几乎不需要花时间进行测试评估,因为评审和调整后,其余的任务自动完成。”

系统在夜间自动进行评估,随即将完成的报告送交有关各方。为HIL仿真创建的测试模式也可以转换,用于MIL模拟,反之亦然。爱信成功地将这两种测试方法(MIL和HIL)用于实车和实机。

适应未来:爱信正在利用该控制单元,推动车辆电气化、应对自动驾驶的挑战。

任务完成!

爱信根据通过HIL仿真获得的数据,开发了一款线控换挡变速器,该变速器的换挡行为具有出色的位置精度和响应能力。此外,新系统采用螺旋传动,减速快、效率高,齿数少,方便安装。

未来,线控换挡系统将广泛用于各种车辆。它是提高电气化、推进自动驾驶的重要支柱。

《dSPACE杂志》,2023年1月出版

关于爱信

爱信株式会社是日本的一家汽车供应商,专门从事汽车行业的零部件开发和生产。为了将交通事故死亡率降至零,该公司推出了先进的“驾驶、转向、停车”控制系统产品,以及提高驾驶乐趣和舒适性的产品。底盘和车辆安全系统公司专注于外围监控系统、自动停车系统和驾驶员监控系统的开发, Atsuto Ogino 任该公司的总经理。他重点关注车辆运动仿真、系统和控制开发。

推动创新进程。我们始终在技术开发的最前沿。

欢迎订阅我们简讯,了解我们的专业技术以及产品。希望我们的成功案例能够对您有所帮助。快速了解仿真和验证的最新信息。欢迎订阅/管理dSPACE简讯和dSPACE航空速报。

Enable form call

At this point, an input form from Click Dimensions is integrated. This enables us to process your newsletter subscription. The form is currently hidden due to your privacy settings for our website.

External input form

By activating the input form, you consent to personal data being transmitted to Click Dimensions within the EU, in the USA, Canada or Australia. More on this in our privacy policy.